DE4205551A1

DE4205551A1 - Schaltung zur temperaturkompensation eines geregelten waermeleitungsvakuummeters

Info

Publication number: DE4205551A1
Application number: DE19924205551
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Voss
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 1993-08-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Temperaturkom pensation eines geregelten Wärmeleitungsvakuummeters mit einem Meßdraht und einem temperaturabhängigen Widerstand, wobei der Meßdraht und der temperaturabhängige Widerstand Bestandteile einer mit einer regelbaren Speisespannung versorgten Wheat stone'schen Brücke sind.

Wärmeleitungsvakuummeter nutzen die Tatsache aus, daß von einem temperaturabhängigen Widerstandselement bei höheren Gasdrücken, also größerer Teilchenzahldichte, mehr Wärme abgeführt wird als bei niedrigeren Gasdrücken. Beim Wärmeleitungsvakuummeter nach Pirani ist das temperaturabhängige Widerstandselement ein Meß draht, der in eine Wheatstone'sche Brücke eingeschaltet ist. Beim ungeregelten Pirani-Vakuummeter bewirkt eine Widerstandsänderung des Meßdrahtes eine Verstimmung der Brücke, welche als Maß für den Druck herangezogen wird. Beim geregelten Pirani wird die an der Brücke liegende Speisespannung ständig derart geregelt, daß der Widerstand und damit die Temperatur des Meßdrahtes unabhängig von der Wärmeabgabe konstant bleiben. Der zur Konstanthaltung des Widerstandswertes benötigte Strom ist ein Maß für die Wärmeleit fähigkeit und damit für den Druck des Gases. Üblicherweise wird die Wheatstone'sche Brücke durch Nachführen der Brückenspeise spannung auf minimale Verstimmung abgeglichen. Die Brückenspei sespannung ist damit der zum Druck korrespondierende primäre elektrische Wert.

Die Umgebungstemperatur des Meßdrahtes hat auf das Meßprinzip einen störenden Einfluß, da sie über Strahlung und Wärmeleitung durch Befestigungsteile das thermische Gleichgewicht des Meß drahtes mit seiner Umgebung mitbestimmt. Um diesen störenden Einfluß der Umgebungstemperatur zu kompensieren, ist es bekannt, in einen der Zweige der Wheatstone'schen Brücke einen temperatur abhängigen Widerstand mit geeigneter Charakteristik einzuschal ten. Diese Temperaturkompensation ist jedoch unzulänglich, da der Spannungsabfall am Kompensationswiderstand nicht nur von der Umgebungstemperatur sondern auch von der sich mit dem Druck des Gases ändernden Brückenspeisespannung abhängt. Bei kleinen Drücken tritt deshalb eine Fehlkompensation ein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der die unerwünschten Einflüsse der sich ändernden Brückenspeisespannung auf die Temperaturkompensation weitestgehend beseitigt sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der tempe raturabhängige Widerstand nicht nur Bestandteil der Wheatstone' schen Brücke sondern auch noch Bestandteil eines weiteren Strom kreises ist, in dem ein von der Brückenspeisespannung unabhän giger Strom fließt.

Bei einer in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Schaltung wird also zusätzlich zum Brückenstrom ein weiterer, vorzugsweise Konstantstrom eingeprägt, so daß sich der Spannungsabfall am temperaturabhängigen Widerstand aus zwei Teilen zusammensetzt. Der durch den eingeprägten Konstantstrom hervorgerufene Anteil am Spannungsabfall ist unabhängig von der momentanen Brückenspeise spannung, führt aber zu einer Nachregelung dieser Speisespannung, um die Verstimmung der Brücke zu minimieren. Der Meßwert Brüc kenspeisespannung enthält somit einen Anteil, der unabhängig vom gemessenen Druck, aber temperaturabhängig ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltung für ein geregeltes Wärmeleitungs vakuummeter nach Pirani mit einer Temperaturkompen sation nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 bis 4 Ausführungsbeispiele für Schaltungen nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung umfaßt die Wheatstone'sche Brücke 1 mit ihren Zweigen 2 bis 5. In diesen Zweigen befinden sich der Meßdraht 6 und die Widerstände 7 bis 9. Zwischen den Zweigen befinden sich die Abgriffe 12 bis 15, wobei die Abgriffe 12, 13 die Speisediagonale und die 14, 15 die Meßdiagonale bilden. An den Abgriffen 12 und 13 liegt die Speisespannung U_b an, wobei Abgriff 13 auf Erdpotential liegt. Die Abgriffe 14, 15 der Meßdiagonalen sind mit dem Verstärker 16 verbunden, mit dessen Hilfe die Speisespannung U_b ständig derart geregelt wird, daß der Widerstand des Meßdrahtes (und damit seine Temperatur) unabhängig von der Wärmeabgabe konstant bleiben. Zur Anzeige des Druckes, der der Speisespannung entspricht, sind in bekannter Weise der Verstärker 17, der dazu parallel geschaltete Widerstand 18 und das Anzeigegerät 19 vorgesehen.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist der Widerstand 9 ein tempera turabhängiger Widerstand mit geeigneter Charakteristik. Diese an sich bekannte Temperaturkompensation ist bei relativ hohen Drücken ausreichend genau, bei kleinen Drücken jedoch nicht.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung. Bei ihr ist im Vergleich zu Fig. 1 der temperaturabhängige Widerstand 9 im Zweig 5 ersetzt worden durch die in Reihe geschalteten Widerstände 21, 22. Der Widerstand 22 ist ein temperaturabhängiger Widerstand. Parallel zu diesem Widerstand ist eine Stromquelle 23 angeordnet, die über die Leitung 24 mit der Wheatstone'schen Brücke verbunden ist, und zwar mit einem zwischen den Widerständen 21, 22 liegen den Punkt 25 des Zweiges 5. Durch diese Maßnahme wird in den Widerstand 22 zusätzlich zum Brückenstrom ein Konstantstrom eingeprägt, so daß der Spannungsabfall am Widerstand 22 sich aus zwei Teilen zusammensetzt:

U = R₂₂·(I_z+I_k),

wobei I_x der Strom im Brückenzweig 4 durch die variable Speise spannung U_b und I_k der durch die Leitung 24 fließende Konstant strom sind. Der durch diesen hervorgerufene Anteil am Span nungsabfall ist unabhängig von der momentanen Speisespannung, führt jedoch zu einer Nachregelung dieser Spannung, um die Verstimmung der Brücke zu minimieren. Der Meßwert Brückenspeise spannung enthält somit zusätzlich einen Anteil, der unabhängig vom gemessenen Druck, aber temperaturabhängig ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Temperaturkompen sation nach Fig. 1 kombiniert mit der Temperaturkompensation nach Fig. 2. Im Brückenzweig 5 befinden sich in Reihe die temperatur abhängigen Widerstände 9 und 22. Zum Widerstand 22 ist wieder die Stromquelle 23 parallel geschaltet. Bei der praktischen Realisierung notwendige Festwiderstände, mit denen Einfluß auf die gewünschte Charakteristik genommen werden kann, sind nicht dargestellt.

Bei der Schaltung nach Fig. 4 befinden sich sowohl im Zweig 4 als auch im Zweig 5 jeweils zwei in Reihe geschaltete Widerstände 26, 27 bzw. 28, 29. Die jeweils den Speiseabgriffen 12, 13 naheliegenden Widerstände 26 und 29 sind temperaturabhängige Widerstände. Dem Widerstand 29 ist parallel die Stromquelle 23 zugeordnet. Diese Lösung erlaubt eine überaus exakte Temperatur kompensation, die im Zweig 4 allein durch den Brückenstrom I_x und im Zweig 5 zusätzlich noch durch den vom Brückenstrom I_z unab hängigen Konstantstrom I_k bestimmt wird.

Claims

1. Schaltung zur Temperaturkompensation eines geregelten Wärmeleitungs-Vakuummeters mit einem Meßdraht (6) und einem temperaturabhängigen Widerstand, wobei der Meßdraht und der temperaturabhängige Widerstand Bestandteile einer mit einer regelbaren Speisespannung U_b versorgten Wheatstone′schen Brücke (1) sind, dadurch gekennzeichnet, daß der temperatur abhängige Widerstand (22, 29) gleichzeitig Bestandteil eines weiteren Stromkreises ist, in dem ein von der Brückenspei sespannung unabhängiger Strom fließt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (22, 29) eine Stromquelle (23) geschaltet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Widerstand (22, 29) in einem Brückenzweig (5) befindet, der dem geerdeten Speisespannungsabgriff (13) benachbart ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Brückenzweig (5) in Reihe ein weiterer Widerstand (9, 21, 28), der Anschluß der Stromquelle (23) und der temperatur abhängige Widerstand (22, 29) geschaltet sind.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch der weitere Widerstand (9) ein temperaturabhängiger Wider stand ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, daß in den in Reihe zwischen den Speisespan nungsabgriffen (12, 13) liegenden Brückenzweigen (4, 5) jeweils ein temperaturabhängiger Widerstand (26 bzw. 29) angeordnet ist.