DD296353A5 - Schaltungsanordnung zur korrektur des temperaturfehlers von waermeleitungsvakuummetern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Korrektur des Temperaturfehlers von Waermeleitungsvakuummetern in geregelter oder ungeregelter Ausfuehrung. Ziel und Aufgabe der Erfindung, den Einflusz der Umgebungstemperatur bzw. deren Drift auf das Meszergebnis zu korrigieren, wird durch eine der allgemein bekannten Brueckenschaltung nachgeordnete Schaltungsanordnung geloest, wodurch unabhaengig voneinander Nullpunkt und Maximalwert des Meszsignals als Funktion der mit einem oder zwei Sensoren erfaszten Umgebungstemperatur nachgestellt werden. Fig. 1{Meszzelle; Umgebungstemperatur; Temperaturfehler; Brueckenschaltung; Schaltungsanordnung; Nullpunkt; Sensor; Korrektur; Meszsignal; Meszdraht; Widerstand; Waermeleitungsvakuummeter, geregelt, ungeregelt}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeicl nungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Korrektur des bei Drift oer Außentemperatur auftretenden Meßfehlers von Wärmeleitungsvakuummetern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Meßzellen für Wärmeleitungsvakuummeter enthalten einen dünnen, elektrisch geheizten Meßdraht, der meist koaxial in einem rohrförmigen, an der Vakuumkammer angeflanschten Gehäuse ausgespannt ist. Druckabhängig führt das im Gehäuse vorhandene Restgas einen Wärmestrom vom Draht zur Gehäusewand ab und entsprechend ändern sich Temperatur und Widerstand des Drahtes. Der Meßdraht ist als Zweig einer äußeren Widerstandsbrücke geschaltet. Die Diagonalspannung der Brücke wird entweder direkt als druckabhängiges Meßsignal v/eiterverarbeitet (ungeregelte Brückenschaltung) oder dient als Eingangsgröße für einen Regelkreis zum druckabhängigen Nachstellen der Brückenspeisespannung, die dann ihrerseits als Druckmeßsignal benutzt wird (geregelte Brückenschaltung).

Ein systematischer Fehler dieses Vakuummeters entsteht bei Temperaturschwankungen der Gehäusawand der Meßzelle. Die Wandtemperatur kann bedingt durch Änderungen der Raumtemperatur aber auch durch wärmeerzeugende Prozesse und Pumpen beim Einsatz an Vakuumlagen driften. Ein Wärmeleitungsvakuummeter muß daher mit Einrichtungen zur Korrektur des dadurch verursachten Fehhrs der Druckanzeige ausgestattet sein.

Bekannt ist das Einfügen eines von der Wandtemperatur abhängigen Widerstandes in einem äußeren Zweig der Meßbrücke. Das ermöglicht aber nur für einen Druckmeßwert die vollständige Temperaturkorrektur. Gleichzeitig wird dadurch der Mittelwert und die Verteilung der Meßdrahttemperatur verändert.

In der DE-OS 3230405 ist eine Schaltung zur Korrektur des Temperaturfehlers für ein Wärmeleitungsvakuummeter mit geregelter Brückenschaltung angegeben. Ein temperaturabhängiger Widerstand außerhalb der Brücke dient zur Messung der Umgebungstemperatur. Das temperaturabhängige und das von der Brücke abgegebene druckabhängige Meßsignal liegen am Eingang des Regelverstärkers an, so daß die Brückenspeisespannung auch in Abhängigkeit von der Außentemperatur nachgestellt wird. Auch in diesem Fall ist nur für einen Druckmeßwert eine vollständige Temperaturkorrektur möglich. So wie in der vorher erläuterten Lösung wird deshalb zusätzlich in dei Meßbrücke ein temperaturabhängiger Widerstand eingefügt. Beide temperaturabhängigen Widerstände sind benachbart angeordnet. Ein anderer Wegzur Korrektur des Temperaturfühlers wird in der DDR-Patentanmeldung WP G 01 L/3271168 beschritten. Es erfolgt keine nachträgliche Korrektur des Temperaturfühlers, sondern eine zusätzliche Hilfseinrichtung in der Meßröhre schafft eine thermostatiMe Wand rings um den Meßdraht, so daß ein von der Drift der Außentemperatur abhängiger Meßfehler vermieden wird. Dies·; Lösung setzt anders als die beschriebenen elektrischen Korrekturverfahren keine gasartspozifischen Einstellungen voraus. Nachteilig ist der höhere fertigungstechnische Aufwand für die inneren Teile der Meßröhre, so daß die Anwendung besonderen Einsatzzwecken vorbehalten bleibt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, die Nachteile bekannter Lösungen zu vermeiden und die Meßergebnisse zuverlässig zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Dor Wärmostrom vom eloktrisch geholzton Moßdraht zur Umgebung sotzt sich zusammen aus dom vom Ges gotragenon, don gewünschten Meßeffekt bewirkenden druckabhänglgon Anteil sowie don sto'rondon unvormoldlichon Antollen der Wärmestrahlung bzw. der Wärmeableitung zur Meßdrahtaufhängung. Letztere beeinflussen bei der gerogelten Brückonschaltung don Kennlinlonverlnuf vor allem in dor Nähe dor unteren Moßgronzo, bei der ungoregolton Schaltung ist ihr Einfluß auch für höhere Druckwerte spürbar. Die genannten Wärmeverlustleistungen hängon unterschiedlich, toilwoiso nichtlinear, von dor Wandtemporatur bzw. der Temperatur der Moßdrahtaufhängung Pb.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, don durch die Drift dor Umgebungstemperatur der Moßröhre auftretenden möglichen Meßfehler zu ko'rigloron.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe) dadurch gelöst, daß in einer dor WiderstandsmoßbrUcke nachgoschalteten elektronischen Baugruppe unabhängig voneinander der Nullpunkt des Moßsignals an der unteren Moßgronzo dos Vakuummeters und der Maximalwert an der oberen Meßgrenze temperaturabhängig kompensiert worden.

Zur Auslösung der beiden elektrischen Stelivorgänge wird die Umgebungstemperatur von mindostons einem Sensor erfaßt.

Aus physikalischen und schaltungstochnlschen Gründen ist die Verwendung von zwei unabhängigen Sensoren günstiger. An der unteren Meßgrenze spielt die Wärmeleitung vom Meßdraht über die elektrischen Durchführungen eine wesentliche Rolle, an

der oberen Meßgrenze ausschließlich der vom Gas getragene Wärmestrom. Beim Einsatz von zwei Sensoren ist aus diesem Grund der Sensor zur Korrektur des Nullpunktes an der unteren Meßgrenze erfindungsgemäß an den Durchführungen befestigt, der Sensor zur Korrektur dos Maximalwertes dagegen an der Röhrenwand im mittleren Bereich des koaxial ausgespannten Moßdruhtos. Beide Sensoren stehen in gutem Wärmekontakt zu den betreffenden Röhrenteilen.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung erfolgt demzufolge die Korektur des Meßsignals bei Änderungen der Wandtemperatur ohne Rückwirkung auf die elektrischen und thermischen Bedingungen an der Meßbrücke. Diose Art der Temperaturkorrektur Ist sowohl für die ungeregelte als auch für die geregelte Brückenschaltung anwendbar.

Ausführungsbolsplol

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1: die Schaltung zur Korrektur des Temperaturfehlers,

Fig.2a-c: den prinzipiellen Verlauf des Meßsignals vor und nach Korrekturschritten.

In Figur 1 ist außerhalb des eingerahmten Bereiches der für Wärmeloitungsvakuummeter übliche Schaltungsaufbau schematisch dargestellt. Ein Zweig der Widerstandsbrücke enthält die an den Vakuumraum angeschlossene Meßröhre M. Je nachdem, ob eine geregelte oder eine ungeregelte Ausführung vorliegt, ist die Verbindung g zum Nachregeln der Brückenspeisespannung oder u zur konstanten Speisespannungsquelle geschaltet und das Meßsignal (U 1) stellt die Brückenspeisespannung oder die verstärkte Brückendiagonalspannung dar.

Figur 2a zeigt für zwei Wandtemperaturen T1 und T2 den Zusammenhang zwischen Meßsignal (U 1) und Gasdruck p. Mit unterschiedlichen Werten erhält man Kennlinien dieser Form sowohl für die ungeregelte als auch für die geregelte Schaltung.

Zur Korrektur des in Figur 2a dargestellten Temperaturfehlers dient die in Figur 1 eingerahmte, vorbeschriebene, unter Verwendung von zwei Sensoren B1 und B2 für die Umgebungstemperatur aufgeführte Schaltungsanordnung.

Die vom Sensor B1 bewirkte Korrektur führt zu einem Kennlinienverlauf gemäß Figur 2 b. Die von beiden Sensoren bewirkte Korrektur ergibt einen Kennlinienverlauf gemäß Figur 2c mit weitgehendem Ausgleich des Temperaturfehlers im gesamten Meßbereich.

Das Meßsignal (U 1) liegt am Eingang eines invertierenden Summierverstärkers N1. Ebenfalls an diesen Eingang geführt werden eine Spannung (UO) zur Grundeinstellung des Nullpunktes und eine vom Temperatursensor B1 erzeugte Spannung (UT). Der Sensor B1 steht in gutem Wärmekontakt mit den elektrischen Durchführungen der Meßrohre, d. h. mit den Befestigungspunkten des Meßdrahtes. Im Beispiel wird eine Stromquelle mit temperaturproportionalem Temperaturkoeffizienten als Sensor B1 eingesetzt. Die Wii!erstände R1 und R2 werden so eingestellt, daß bei Hochvakuum (untere Meßgrenze) das am Verstärkerausgang entstehende Signal (U 2) unabhängig von der Temperatur der Durchführungen den Wert Null behält.

Die Spannung (U 2) wird einem Operationsverstärker N 2 zugeführt. Zu dessen verstärkungsbestimmenden Widerständen gehört ein Heißleiter B 2 als Temperatursensor für die Wandtemperatur, der die Verstärkung so steuert, daß der Maximalwert des Ausgangssignals (U 3) bei Atmosphärendruck unabhängig von der Wandtemperatur ist.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Korrektur des durch Drift der Umgebungstemperatur der Meßzelle verursachten Fehlers der· primären Meßsignals von geregelten oder ungeregelten Wärmeleitungr.vakuummeterri, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Nullpunktdrift des aus Brückenspeisespannung bzw. Brückendiagonalspannung abgeleiteten Meßsignals U1 an der unteren Meßgrenze durch ein zusätzliches temperaturabhängiges Signal UT am Eingang eines Summierverstärkers N1 kompensiert wird, und daß die Kompensation der Drift des Maximalwertes durch temperaturabhängiges Nachstellen der Vorstärkung des Operationsverstärkers N2 erfolgt, der sich nach dem Summierverstärker N1 anschließt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorgänge durch zwei getrennte, temperaturabhängige Sensoren B1 und B2 gesteuert werden, wobei Sensor B1, der zur Kompensation der temporaturabhängigen Nullpunktdrift dient, in Wärmekontakt mit den elektrischen Durchführungen zur Meßdrahtaufhängung gebracht wird, Sensor B 2 dagegen in Wärmekontakt mit der Meßzellenwand im mittleren Meßdrahtbereich.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor B1 vorzugsweise eine Stromquelle mit temperaturproportionalem Temperaturkoeffizienten ist.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor B2 ein temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere ein Heißleiter eingesetzt wird.