FR2847982A1 - Dispositif et procedes pour la mesure de la pression de pertes de chaleur - Google Patents

Dispositif et procedes pour la mesure de la pression de pertes de chaleur Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une jauge à pertes de chaleur (60) pour mesurer la pression d'un gaz dans un environnement (34), laquelle jauge (60) inclut un élément de détection résistif (12) et un élément de compensation résistif (14). L'élément de compensation résistif (14) se trouve dans un circuit muni de l'élément de détection (12) et est exposé dans un environnement (34) sensiblement adapté. Une source électrique (61) est connectée à l'élément de détection (12) et à l'élément de compensation (14) pour appliquer un courant aux bornes des éléments (12, 14). Le courant à travers l'élément de détection (12) est sensiblement supérieur au courant à travers l'élément de compensation (14). Un circuit de mesure (48, 49) est connecté à l'élément de détection (12) et à l'élément de compensation (14) pour déterminer la pression du gaz dans l'environnement (34) dans lequel l'élément de détection (12) et l'élément de compensation (14) sont exposés sur la base de la réponse électrique de l'élément de détection (12) et de l'élément de compensation (14).

Description

Du fait que le taux de transfert de chaleur à travers un gaz est fonction
de la pression du gaz, sous certaines conditions, les mesures des taux de transfert de chaleur à partir d'un élément de détection chauffé vers le gaz peuvent, à l'aide d'un étalonnage approprié, être utilisées pour déterminer la 5 pression du gaz. Ce principe est utilisé dans la jauge Pirani bien connue
(représentée sous forme schématique sur les figures la et Ib), dans laquelle les pertes de chaleur sont mesurées à l'aide d'un réseau en pont de Wheatstone qui sert à la fois pour chauffer l'élément de détection et pour mesurer sa résistance.
En se reportant à la figure la, dans une jauge Pirani, le détecteur de pression est constitué d'une résistance sensible à la température RS connectée en tant que branche d'un pont de Wheatstone. R2 est typiquement une résistance sensible à la température conçue pour avoir une hausse de température négligeable due au courant i2. R3 et R4 sont typiquement des 15 résistances fixes. RS et typiquement R2 sont exposées à l'environnement vide dont la pression doit être mesurée. La figure Ib illustre une configuration en pont en variante.
Les jauges Pirani ont été actionnées avec un courant constant il (comme représenté dans le Brevet des Etats-Unis N0 3 580 081), ou avec une 20 tension constante aux bornes de RS. Dans ces procédés, un déséquilibre électrique du pont est créé qui reflète la pression du gaz. Les jauges Pirani ont également été actionnées avec une résistance constante RS (comme représenté dans le Brevet des Etats-Unis N0 2 938 387). Dans ce mode, le taux auquel l'énergie est délivrée varie avec les changements de la pression du gaz, 25 par conséquent, le taux de changement de l'énergie délivrée reflète les changements de la pression du gaz. Chaque procédé de fonctionnement a des avantages et des inconvénients différents, mais la description qui va suivre concerne particulièrement le procédé à résistance constante et la configuration de la figure la.
La tension V, est automatiquement commandée pour maintenir la différence de tension entre A et C sur la figure la à zéro volt. Lorsque la chute de potentiel entre A et C est égale à zéro, on dit que le pont est équilibré.
Quand l'équilibre du pont est obtenu, les conditions suivantes existent: 5=i2 (1) i4 = i3 (2) i5RS = i4R4 (3) et i2R2 = i3R3 (4) En divisant l' quation 3 par l' quation 4 et en utilisant l' quation 1 et l' quation 2, on obtient RS = R2 (5) R4 o p(6) Par conséquence, lorsque le pont est en équilibre, RS est une fraction 10 constante f3 de R2.
Pour obtenir une condition de régime permanent dans RS à une quelconque pression donnée, l' quation 7 doit être satisfaite: nergie électrique entrée dans RS = nergie rayonnée par RS + nergie perdue aux extrémités de RS + nergie perdue dans gaz par RS (7) 15 Une jauge Pirani classique est étalonnée par rapport à plusieurs pressions connues pour déterminer une relation entre la pression inconnue, Px, et les pertes de puissance du gaz ou d'une manière plus adaptée à la tension du pont. Ensuite, en supposant que les pertes aux extrémités et les pertes de rayonnement restent constantes, la pression inconnue du gaz Px peut être 20 directement déterminée par l'énergie perdue dans le gaz ou relative à la tension du pont lorsque le pont est en équilibre.
Du fait que les jauges Pirani puissent être conçues pour avoir une large plage et soient relativement simples et pas onéreuses, il est bien nécessaire de pouvoir utiliser ces jauges pour remplacer des jauges ayant un 25 prix beaucoup plus élevé tel que des manomètres de capacité et des jauges d'ionisation. Toutefois, les conceptions existantes laissent beaucoup à désirer quant à la mesure précise de la pression, spécialement à des pressions plus basses. Avant 1977, la limite supérieure de la pression des jauges Pirani 30 était approximativement de 20 Torr du fait qu'à des pressions plus élevées, la conductibilité thermique d'un gaz devient sensiblement indépendante de la pression dans des dispositifs de taille macroscopique. L'un des présents inventeurs a aidé à développer la Jauge CONVECTRON produite et commercialisée par le cessionnaire (I'Entreprise Granville-Phillips de Boulder Colorado) depuis 1977 qui utilise le refroidissement par convection de l'élément de détection pour fournir une sensibilité améliorée de 20 à 1 000 Torr. Des 5 centaines de milliers de Jauges CONVECTRON (nom commercial déposé) ont été vendues dans le monde entier. Récemment, plusieurs imitations sont apparues sur le marché.
Bien que la Jauge CONVECTRON ait rempli un impératif insatisfait, elle présente plusieurs inconvénients. Elle a par nécessité de 10 grandes dimensions internes pour fournir de l'espace pour la convection. Par conséquent, elle est relativement grande. Du fait que la convection dépend de la gravité, les mesures de pression à des pressions plus élevées dépendent de l'orientation de l'axe de détection. De même, du fait que la plage de pression o le refroidissement par conduction de gaz est prédominant ne chevauche 15 quasiment pas avec la plage de pression o le refroidissement par convection se produit, la Jauge CONVECTRON a une sensibilité limitée approximativement de 20 à 200 Torr.
Pour aider à éviter ces difficultés, des détecteurs Pirani microminiatures ont été développés, lesquels détecteurs utilisent des 20 espacements détecteur-paroi de l'ordre de quelques microns plutôt que des espacements beaucoup plus grands, par exemple 12,70 mm, précédemment utilisés. On se reporte par exemple aux Brevets des Etats-Unis N0 4 682 503 au nom de Higashi et autres et No 5 347 869 au nom de Shie et autres W.J.
Alvesteffer et autres, dans un document apparaissant dans J. Vac. Sci. 25 Technol. A 13(6), novembre/décembre 1995, décrivent le travail le plus récent concernant les jauges Pirani connu des présents inventeurs. L'utilisation de ces petits espacements détecteur-paroi fournit une conductibilité thermique dépendant de la pression même à des pressions audessus de la pression atmosphérique. Par conséquent, ces détecteurs microscopiques ont une bonne 30 sensibilité entre une basse pression et au-dessus de la pression atmosphérique et fonctionnent dans une orientation quelconque.
De nombreux problèmes ont été rencontrés dans les tentatives précédentes pour développer des jauges microminiatures. Bien que des détecteurs microminiatures fournissent une bonne sensibilité sur une grande plage de pression indépendante de l'orientation, leur conception est extrêmement complexe et leur fabrication requiert de nombreuses étapes de traitement élaborées dans un équipement très spécialisé ayant un cot évalué à des centaines de milliers de dollars.
Les détecteurs microminiatures souffrent du même type d'erreurs causées par la température ambiante que les détecteurs macroscopiques.
Tous les termes de pertes de chaleur dans quation 7 dépendent de la température ambiante et de la température de l'élément de détection à une 10 pression donnée quelconque. Par conséquent, toute tentative de mesure de pression à l'aide d'une jauge Pirani sans correction de température sera confondue par des pertes d'énergie qui ne dépendent pas de la pression causées par les changements de la température ambiante. Toutes les jauges Pirani modernes tentent de corriger les erreurs causées par les changements 15 de la température ambiante. Des moyens largement utilisés pour corriger de telles erreurs consistent à utiliser pour la résistance R2 un élément de compensation sensible à la température RC en série avec une résistance fixe R, comme représenté sur les figures 1 a et 1 b.
Le Brevet de Grande Bretagne GB 2 105 047A décrit la fourniture 20 d'une résistance supplémentaire pour fournir un diviseur de potentiel. J.H.
Leck, à la page 58 du document intitulé Pressure Measurement in Vacuum, Chapman et Hall, Londres (1964), note que Hale en 1911 a fabriqué R2 avec la même matière et les mêmes dimensions physiques que RS dans sa jauge Pirani. R2 était isolée dans son propre environnement vide et placée à 25 proximité proche de RS. Lorsque les pressions au niveau de R2 et RS étaient égales, une excellente compensation de température était obtenue. Toutefois, à d'autres pressions, ces moyens de compensation de température ne sont pas très efficaces.
Pour éviter le cot supplémentaire et la complexité de l'évacuation 30 et de l'isolation de R2 dans une bulle séparée, R2 est d'une manière classique placée dans le même environnement vide que RS. En marquant R2 par une masse thermique relativement grande et de grandes pertes thermiques, le chauffage automatique de R2 peut être rendu négligeable. Leck recommande que la résistance R2 soit "constituée de deux sections, par exemple, l'une en cuivre et l'autre d'un fil de Nichrome... de sorte que le coefficient de température global (de R2) corresponde juste à celui de l'élément Pirani lui-même (RS)". Selon Leck, ce procédé de compensation de température a été 5 utilisé par Edwards High Vacuum of Great Britain dans la jauge de la marque METROVAC . Un agencement de compensation de température similaire est utilisé dans la jauge de la marque CONVECTRON .
Cependant, cette technique (utilisant deux ou plus de deux matières dans R2 ayant des coefficients de résistance à la température 10 différents pour trouver approximativement le coefficient de température de RS) est efficace uniquement sur une plage étroite de pression. En fait, la compensation peut devenir exacte uniquement à une seule température, ou au plus à plusieurs températures comme indiqué dans le Brevet des Etats- Unis N0 4 541 286, qui décrit cette forme de compensation de température dans une 15 jauge Pirani. De même, les inventeurs ont trouvé que les configurations ayant une grande masse thermique font augmenter d'une manière significative le temps de réponse de la jauge à des changements brusques de la température ambiante. Les inventeurs ont également trouvé, par l'intermédiaire d'une 20 vaste simulation informatique, que l'utilisation de coefficients dé température égaux pour RS et R2 telle que recommandée par Leck et telle que pratiquée dans la technique antérieure n'offre pas de compensation de température entièrement précise. Les inventeurs ont également trouvé qu'à des pressions inférieures à approximativement 5 x 10-3 Torr, les pertes aux extrémités 25 dépassent toutes les autres pertes combinées. Les composants à pertes relatives tels que déterminés par cette étude (pertes de rayonnement, pertes aux extrémités et composants à pertes de gaz des pertes totales) sont représentés dans le graphe de la figure 2. A 1 x 10-3 Torr, les pertes aux extrémités sont plus que 1000 fois supérieures aux pertes du gaz et les pertes 30 de rayonnement sont approximativement 100 fois supérieures aux pertes de gaz. Par conséquent, les effets du changement de température dans les Jauges Pirani de la technique antérieure sont spécialement gênants à de très basses pressions o les pertes par conduction de gaz sont très faibles. Les jauges à pertes de chaleur de la technique antérieure ne peuvent pas mesurer d'une manière précise des pressions très basses, par exemple, 1 x 10-5 Torr.
Les inventeurs ont découvert que cette limitation est un résultat de l'échec à 5 maintenir les pertes aux extrémités de l'élément de détection suffisamment constantes lorsque la température ambiante change. La jauge Pirani de type Alvesteffer a la capacité d'indiquer la pression dans une plage de le5 Torr, mais ne fournit pas d'indication précise dans cette plage. Par exemple, si les pertes aux extrémités ne sont pas maintenues constantes dans un composant 10 à 5 000 dans une jauge Pirani typique, une indication de pression à 1 x 10-5 Torr peut être décalée de 50 % à 100 %.
L'analyse qui va suivre montre pourquoi les conceptions de la technique antérieure sont mal adaptées pour corriger d'une manière adéquate les changements de température ambiante à de basses pressions. Par souci.15 de convenance dans l'étude de la technique antérieure, les problèmes sont décrits en utilisant des exemples de jauges ayant un espacement relativement grand entre l'élément de détection et la paroi. On doit comprendre que le même type de problèmes existe dans les géométries beaucoup plus complexes de jauges microminiatures, avec des espacements élément de détection-paroi de 20 l'ordre de quelques microns.
La figure 3 est une représentation schématique d'une partie 302 d'une jauge Pirani classique utilisant un élément de détection à fil de petit diamètre 304 et un élément de compensation 303. Les concepteurs de jauge Pirani vont apprécier que les composants de la figure 3 ne soient pas 25 représentés à l'échelle, par souci de faciliter la description et la compréhension.
Typiquement, l'élément de détection à fil de petit diamètre 304 est électriquement et thermiquement relié à des connecteurs électriques beaucoup plus grands 306, 307 qui sont thermiquement reliés à des structures de support beaucoup plus grandes 308, 309. On suppose que TAL représente la 30 température dans la structure de support 308 à l'extrémité gauche de l'élément de détection 304 et que TAR représente la température de la structure de support 309 à l'extrémité droite à un instant t donné quelconque. On suppose que TSL et TSR représentent les températures au niveau du connecteur d'élément de détection de gauche 306 et au niveau du connecteur d'élément de détection de droite 307, respectivement. On suppose que TcL et TCR représentent les températures au niveau du connecteur d'élément de compensation de gauche 310 et au niveau du connecteur d'élément de 5 compensation de droite 311, respectivement. On suppose que TXL et TXR représentent les températures à une distance AX par rapport aux connecteurs 306 et 307, respectivement. Dans les conceptions de la technique antérieure, on a apparemment supposé que toutes ces températures sont identiques.
Toutefois, les inventeurs ont trouvé que même des différences en apparence 10 négligeables ont une grande importance pour la précision d'une pression basse. Pour mieux comprendre les impératifs de compensation de température, il est important de noter plusieurs faits.
(1) A des basses pressions, la température de RC est 15 déterminée d'une manière prédominante par l'échange de chaleur entre les connexions de l'élément de compensation et l'élément de compensation. Ceci est d au fait qu'à la température ambiante et à des pressions basses, le rayonnement et la conduction de gaz sont des moyens très inefficaces pour échanger la chaleur entre l'élément de compensation et son environnement par 20 rapport à la conduction de chaleur à travers les extrémités de l'élément de compensation. Par conséquent, à des basses pressions, la température de l'élément de compensation sera très proche de la moyenne des températures des connecteurs à chaque extrémité de l'élément de compensation, comme représenté dans quation 8.
T = TCL + TCR (8) AVG 2 (2) La température de l'élément de détection électriquement chauffé varie des extrémités au centre, en augmentant avec la distance par rapport aux supports refroidisseurs. En utilisant l'analyse d'élément fini, les inventeurs ont simulé la distribution de température le long de l'élément de 30 détection. Ils ont trouvé qu'avec des coefficients égaux de résistance à la température pour RS et RC, la température Tn de tout segment n de l'élément de détection change avec les changements de la température moyenne TAVG de l'élément de compensation RC à une pression constante lorsque le pont est en équilibre de manière à maintenir une différence constante ATn = Tn - TAVG.
La différence ATn est en fonction de P et R o R = R2 - RC.
(3) Selon quation 5, la résistance RS de l'élément de détection 5 lorsque le pont est en équilibre sera maintenue à une résistance f3 fois l'élément de résistance R2. Lorsque la température ambiante croît, les connecteurs de l'élément de compensation augmentent également en termes de température et, par conséquent, la température et la résistance de RC vont augmenter suivant quation 8. Toute hausse de la température et par 10 conséquent de la résistance de RC provoque une augmentation de la température et de la résistance de tous les segments de RS lorsque le pont est en équilibre.
(4) Les pertes d'énergie depuis les extrémités de l'élément de détection dépendent du gradient de température Y aux extrémités de l'élément 15 de détection selon quation 9: Energie perdue à l'extrémité = ky (9) o k est une constante et YL = TI^-Tl' à l'extrémité gauche (10) rR = Tx -TSR à l'extrémité droite (11)
M
Si "L et/ou YR varient pour une quelconque raison, alors les pertes aux extrémités vont changer et l'indication de la pression sera erronée.
Pour comprendre en détail un défaut important dans la technique antérieure concernant la compensation de température à basses pressions, on suppose qu'à partir d'un régime permanent, la température TAR est augmentée 25 légèrement par exemple par des changements dans l'environnement à température ambiante locale de la structure de support de droite. On suppose que TAL reste inchangée. Du fait que TAL est supposée ne pas changer, TCL et TsL vont rester inchangées. Toutefois, l'augmentation de TAR va amener TCR à croître par la conduction de chaleur à travers la connexion. 30 Par conséquent, TG 2cLCR vaaugmenter.
Une augmentation de TAVG va provoquer une augmentation de TXL et TXR au niveau de l'équilibre du pont, ce qui va produire des changements de YL et YRCes changements de YL et YR vont changer le terme des pertes aux extrémités dans quation 7, provoquant une erreur dans la mesure de la pression dépendant de la taille des changements de YL et YRLes inventeurs ont déterminé que, sauf si TAL change sensiblement de la même manière que TAR, les pertes aux extrémités de l'élément de détection ne vont pas rester inchangées à chaque fois que la température ambiante change. Les jauges Pirani de la technique antérieure 10 n'ont pas été spécialement conçues pour maintenir TAL = TAR au degré nécessaire pour obtenir une mesure précise de basse pression.
Pour comprendre un autre défaut important de la compensation de température de la technique antérieure, on suppose qu'à partir d'un régime permanent, la température ambiante augmente et que les conditions de 15 température ambiante sont telles que TAL = TAR. En outre, on suppose que les connecteurs de l'élément de détection sont de longueurs égales mais que le connecteur de droite de l'élément de compensation est sensiblement plus long que le connecteur de gauche de l'élément de compensation comme ceci est le cas dans une jauge Pirani classique de la technique antérieure. Par 20 conséquent, TSL=TSR mais TCR va être décalée derrière TCL du fait des différences de longueur supposées. Durant ce retard, lorsque TCL X TCR, TAVG va changer, changeant ainsi TxL et TXR lorsque le pont est en équilibre. Par conséquent, YL et YR vont changer en continu durant la durée du retard, produisant des erreurs dans l'indication de pression basse.
Les inventeurs ont déterminé qu'à moins que les connecteurs de l'élément de détection et de l'élément de compensation aient des dimensions physiques sensiblement identiques et des propriétés thermiques sensiblement identiques, les pertes aux extrémités de l'élément de détection ne vont pas rester inchangées lorsque la température ambiante change. Les jauges Pirani 30 de la technique antérieure n'ont pas été spécialement conçues de telle sorte que les connecteurs de l'élément de détection et de l'élément de compensation aient des dimensions physiques et des propriétés thermiques identiques.
Une autre anomalie importante apparaît (que les inventeurs ont découvert) à partir des différences de masse entre l'élément de compensation et l'élément de détection. On suppose que la masse de l'élément de compensation est sensiblement plus grande que celle de l'élément de 5 détection, comme ceci est typiquement le cas. Avec les jauges Pirani de la technique antérieure, une pratique classique consiste à faire en sorte que l'élément de compensation soit grand par rapport à l'élément de détection et à fournir un trajet de pertes de chaleur relativement grand jusqu'à l'environnement de l'élément de compensation de telle sorte que la chaleur 10 provenant de la dissipation de l'énergie électrique dans RC puisse être facilement dispersée. A partir d'un régime permanent, on suppose que la température ambiante augmente et que TAL = TAR tout le temps. Par conséquent, une longueur de temps plus longue est nécessaire pour que l'élément de compensation atteigne une nouvelle température de régime 15 permanent par rapport au temps que vont prendre TxL et TXR pour atteindre une nouvelle température de régime permanent. Pendant ce temps (qui a été observé comme étant de plusieurs heures dans une jauge Pirani classique de la technique antérieure), TAVG va changer en continu, changeant ainsi en continu TXL et TXR lorsque le pont est en équilibre. Par conséquent, YL et YR vont 20 changer pendant la durée du retard, les pertes aux extrémités de l'élément de détection ne vont pas rester constantes, et des erreurs vont être produites dans la mesure de basse pression.
Le même type de problèmes est rencontré si l'élément de compensation est conçu pour changer la température à un taux différent du 25 changement de la température ambiante par l'élément de détection lorsque le pont est en équilibre. Les conceptions de la technique antérieure telles que le dispositif de type Alvesteffer a cette anomalie.
D'après leurs études, les inventeurs ont déterminé que, à moins que l'élément de compensation ait été conçu pour changer la température au 30 même pourcentage que l'élément de détection, les pertes aux extrémités d'élément de détection continuent à changer longtemps après que la température ambiante se soit stabilisée à une nouvelle valeur. Encore une fois, il les jauges Pirani de la technique antérieure n'ont pas été conçues pour satisfaire à cet impératif.
On a longtemps su qu'il fallait utiliser pour R2 un élément de compensation RC, avec essentiellement le même coefficient de résistance à la 5 température que l'élément de détection, en série avec un élément de résistance R insensible à la température de manière à fournir une compensation de température des pertes de gaz et des pertes aux extrémités qui varient comme la différence de température entre l'élément de détection et son environnement.
Ce procédé de compensation de température a été utilisé dans la Jauge 10 CONVECTRON (nom commercial déposé) pendant de nombreuses années et est également utilisé dans la Jauge d'Alvesteffer.
Ce procédé de compensation de température suppose que si (1) les coefficients de résistance à la température de l'élément de détection et de l'élément de compensation sont égaux; et (2) le changement de la résistance 15 de l'élément de détection peut être réalisé pour survenir en tandem avec le changement de la résistance de l'élément de compensation, alors (3) la température de l'élément de détection va apparaître en tandem avec les changements de la température ambiante. La satisfaction de ces deux suppositions est très souhaitable, bien entendu, du fait que procéder ainsi va 20 assurer que la différence de température entre l'élément de détection chauffé et la paroi environnante à la température ambiante va rester constante lorsque la température ambiante change.
Toutefois, les inventeurs ont trouvé que les jauges de la technique antérieure qui utilisent une résistance constante R en série avec une résistance 25 sensible à la température RC pour R2 assurent uniquement une compensation de température partielle, comme ceci va être maintenant expliqué.
On suppose que sur la figure la, R2 est composée d'un élément de compensation sensible à la température RC et d'une résistance insensible à la température R, de sorte que R2 = RC + R (12) Par conséquent, quation 5 dérivée ci-dessus pour l'équilibre du pont peut être écrite sous la forme RS = P (RC + R) (13) o f3 est défini par quation 6 citée ci-dessus.
En outre, on suppose que lorsque l'environnement à température ambiante de la jauge est égal à T1 que l'élément de détection fonctionne à la température Tsi et que l'élément de compensation fonctionne à la température TCL. Par conséquent, lorsque TAMBIANTE = T1 (14) quation 13 peut être écrite sous la forme RS(TI X1 + as(Ts, - T,))= p[RC(TI X1 + ac(Tc, - Tl "))+ R] (15) Ici, RS(TO) est la résistance de l'élément de détection à la 10 température T1, as est le coefficient de résistance à la température de RS à Ti, RC(T1) est la résistance de l'élément de compensation à la température Ti, et ac est le coefficient de résistance à la température de Rc à T1. Par conséquent, lorsque TAMBIANTE + T2 quation 13 peut être écrite sous la forme RS(T, X1 + as (Ts2 - TI)) = p[RC(TI Xl + aC (TC2- T,))+ R] (16) La résolution de quation 15 pour Tsi donne Ts' = [(6) [RC(T XI + ac(Tc, - T))+ R]-1]/ as +1 (17) La résolution de quation 16 pour Ts2 donne TS2 = iS--#( (18) Ts2 =[RS-T)[RC(TX1+ac(Tc2 -T))+R]-1]/as +T (18) La soustraction de quation 17 à partir de quation 18 donne le changement de température AT dans l'élément de détection RS lorsque la température ambiante passe de Ti à T2. Par conséquent, AT=^ TSS = 1RC(6a)YC (T -T) (1 9) On note qu'un élément de compensation efficace est conçu de sorte que sa température suive très étroitement la température ambiante. Par conséquent, à une approximation très bonne, TC2 - T2= Tc, - T ou TC2 - Tc0 = T2- Ti (20) Par conséquent, quation 19 peut être écrite sous la forme AT = a ac (T2 -TI) (21) Il est évident d'après quation 21 que le changement de température AT dans l'élément de détection RS sera égal au changement de la température ambiante T2 - Ti uniquement si X(R(l) jac =1 (22) Les jauges de la technique antérieure utilisant un élément de compensation 10 sensible à la température RC en série avec une résistance fixe R pour R2 sur la figure la assurent uniquement une compensation de température partielle qui dépend du choix de f3. Les jauges disponibles dans le commerce ayant la conception décrite par Alvesteffer et autres, les travaux les plus récents sur les jauges Pirani connus des présents inventeurs, ne satisfont pas à l'équation 22. 15 Comme troisième problème rencontré avec les conceptions des jauges de la technique antérieure, les inventeurs ont trouvé que le niveau de dissipation d'énergie dans R2 affecte négativement la précision. Les jauges Pirani de la technique antérieure, lorsqu'elles sont configurées comme sur la figure la, ont le même courant dépendant de la pression dans RS que dans 20 l'élément de compensation lorsque le pont est en équilibre. Lorsque configurées comme sur la figure 1 b, en équilibre, la même tension dépendant de la pression est appliquée aux bornes de R2 qu'aux bornes de RS. Bien entendu, un courant dépendant de la pression dans R2 va amener la température de RC à monter au-dessus de la température ambiante d'une 25 quantité qui varie avec la pression.
Les jauges Pirani de la technique antérieure utilisent typiquement un élément de compensation ayant des dimensions physiques beaucoup plus grandes que l'élément de détection, pour dissiper la chaleur et parconséquent empêcher un excès de température dans l'élément de compensation. Comme 30 noté ci-dessus, différentes dimensions physiques des éléments de détection et de compensation provoquent des erreurs de mesure lorsque la température ambiante change.
Un quatrième problème rencontré dans les jauges Pirani de la technique antérieure est qu'elles produisent des écarts dans les indications de 5 pression à basses pressions lorsque la température ambiante change. Les jauges Pirani de la technique antérieure ont utilisé une variété de composants pour tenter de maintenir les pertes d'énergie par l'élément de détection inchangées lorsque la température ambiante change. Par exemple, dans le Brevet des Etats-Unis N0 4 682 503, un refroidissement thermoélectrique est 10 utilisé pour commander la température ambiante et par conséquent minimiser les changements de température ambiante.
Dans le dispositif décrit dans le Brevet des Etats-Unis N0 4 541 286, un élément thermiquement sensible est monté de manière à être adjacent à la branche de compensation du pont (en réalité collé à l'extérieur de 15 l'enceinte vide dans une version commerciale). Alvesteffer et autres utilisent un élément supplémentaire (désigné ici par R4) dans le pont pour aider à compenser le fait que le coefficient de résistance à la température est légèrement différent pour l'élément de détection à la température de fonctionnement, par comparaison à l'élément de compensation à la 20 température ambiante. Bien que chacun de ces éléments matériels de la technique antérieure supprime certaines des erreurs causées par les changements de la température ambiante, aucun d'entre eux ne supprime réellement toutes les erreurs. Par conséquent, les jauges Pirani de la technique antérieure produisent des écarts importants dans les indications de pression à 25 basses pressions lorsque la température ambiante change.
Un autre système antérieur, décrit dans le Brevet des Etats-Unis No 5 608 168, relie diverses mesures électriques du pont (ou leurs approximations) et détermine la valeur de la température de la résistance dépendant de la température, et prend ce paramètre en compte dans la 30 détermination de la mesure de la pression. Toutefois, ce système a une complexité accrue du fait de la nécessité de mesurer les températures ou d'autres valeurs.
Par conséquent, il est nécessaire de disposer d'une jauge de type Pirani perfectionnée qui surmonte ces problèmes.
La présente invention fournit des améliorations de la mesure de la pression de pertes de chaleur qui coopèrent d'une manière synergique pour 5 fournir une précision de mesure fortement améliorée à basse pression, à pression intermédiaire et à haute pression, par conséquent, permettant à la plage de mesure de la pression précise d'être étendue à des pressions inférieures et supérieures dans une seule jauge, Comme première amélioration, un élément de détection ayant un 10 fil de petit diamètre est positionné dans le même plan qu'un élément de compensation ayant un fil de petit diamètre et séparé de celui-ci par deux plaques thermiquement conductrices plates et parallèles, chacune étant séparée de 15 microns des éléments de détection et de compensation. De cette manière, les inventeurs ont obtenu une haute sensibilité relative dans une 15 géométrie simple sans se baser sur la convection. La complexité extrême et les cots élevés des conceptions de jauge Pirani microminiatures et les nombreux inconvénients du refroidissement par convection de l'élément de détection sont évités en même temps.
Les inventeurs ont trouvé que ces moyens de mesure 20 extrêmement simples, petits, et non-onéreux donnent des résultats à la pression atmosphérique comparables à ceux obtenus avec des jauges Pirani microminiatures très complexes et à ceux obtenus avec des jauges Pirani refroidies par convection et sensibles à la position beaucoup plus grandes. Fait surprenant, cette amélioration fournit également un élément de détection ayant 25 un volume de 3 % uniquement par rapport à l'élément de détection de la jauge d'Alvesteffer microminiature. L'élément de compensation du nouveau dispositif a un volume de moins de 0,5 % de l'élément de compensation de type Alvesteffer. La présente invention fournit également une correction de 30 température améliorée. Les inventeurs ont trouvé que la précision de la mesure à basse pression peut être fortement améliorée en maintenant constant le gradient de température y aux extrémités de l'élément de détection (voir Equations 10 et 11). Les inventeurs ont trouvé que la constance de y peut être obtenue simultanément en: 1. utilisant des éléments de détection et de compensation ayant des dimensions physiques, des propriétés thermiques et des propriétés de résistance sensiblement identiques; 2. utilisant des connexions d'élément de détection et d'élément de compensation ayant des dimensions physiques, des propriétés thermiques et des propriétés de résistance sensiblement identiques; 3. utilisant des connexions d'éléments ayant des conductances thermiques grandes et sensiblement identiques avec une région ayant une température sensiblement uniforme pour toutes les connexions; et 4. plaçant les éléments de détection et de compensation dans le 15 même environnement vide.
Dans la présente invention, quation 22 est satisfaite tout le temps du fait que la jauge est conçue de sorte que RC(TA) = RS(TA) (23) o TA est la température ambiante, et o acr as (24) 3 =1 (25) Une autre amélioration significative est réalisée en fournissant un chauffage négligeable dans l'élément de compensation. Les inventeurs ont modifié le pont de Wheatstone classique pour fournir des moyens de chauffage 25 indépendants pour l'élément de détection, tout en produisant un chauffage sensiblement nul dans l'une quelconque des trois autres branches du pont. Par conséquent, l'élément de compensation peut être fabriqué en ayant des dimensions identiques de l'élément de détection ainsi que des propriétés physiques identiques. Un courant continu (DC) de chauffage est utilisé et 30 confiné uniquement dans l'élément de détection. Un signal de courant alternatif (AC) relativement faible est utilisé pour détecter l'équilibre du pont.
Une amélioration de performance supplémentaire est réalisée en fournissant un nouveau procédé de compensation de pression qui engendre en résultat une indication de pression précise à toutes les pressions. En particulier, les inventeurs ont découvert qu'une indication précise d'une pression inconnue Px lorsque a lieu l'équilibre du pont peut être calculée à partir d'une simple quation de la forme de quation 26.
P = f (VS, IS) (26) o VS est la chute de tension aux bornes de l'élément de détection et IS est le courant dans l'élément de détection. Les particularités de quation 26 sont dérivées des valeurs jumelées de VSc et lSc obtenues par des procédés d'étalonnage de multiples valeurs connues de la pression Pc et de la 10 température ambiante étalée à travers les plages de pression et de température d'intérêt, en utilisant un logiciel d'ajustement de courbe tridimensionnelle. VSx et ISx sont mesurées à la pression Px inconnue lorsque le pont est en équilibre et remplacées dans quation 26. Ensuite, Px est calculée en utilisant un microprocesseur ou analogue.
De cette manière, la présente invention fournit des progrès significatifs au niveau de la précision, des cots de production, et de la taille de conditionnement des jauges Pirani.
La présente invention inclut en outre une jauge à pertes de chaleur pour mesurer la pression du gaz dans un environnement. La jauge 20 inclut un élément de détection résistif et un élément de compensation résistif dans un circuit muni de l'élément de détection et exposé à un environnement sensiblement adapté. Une source électrique est connectée à l'élément de détection et à l'élément de compensation pour appliquer un courant à travers les éléments. Le courant traversant l'élément de détection est sensiblement 25 supérieur au courant traversant l'élément de compensation. Le circuit de mesure est connecté à l'élément de détection et à l'élément de compensation pour déterminer la pression du gaz dans l'environnement dans lequel l'élément de détection et l'élément de compensation sont exposés sur la base de la réponse électrique de l'élément de détection et de l'élément de compensation. 30 Dans certains modes de réalisation, des courants séparés circulent à travers l'élément de détection et l'élément de compensation. Le courant est appliqué pour chauffer l'élément de détection jusqu'à une température à laquelle la résistance de l'élément de détection correspond à la résistance combinée de l'élément de compensation plus la valeur d'un nombre constant de ohms. Dans des modes de réalisation o l'élément de compensation est monté en série avec un élément résistif non-sensible à la température, le courant est appliqué pour chauffer l'élément de détection 5 jusqu'à une température à laquelle la résistance de l'élément de détection correspond à la résistance combinée de l'élément de compensation et de l'élément résistif non-sensible à la température. La pression du gaz est déterminée sur la base du courant de chauffage traversant l'élément de détection et donnant en résultat une tension aux bornes de l'élément de 10 détection. Dans un mode de réalisation, des courants DC séparés circulent à travers l'élément de détection et l'élément de compensation. Le courant traversant l'élément de compensation est une fraction prédéterminée du courant traversant l'élément de détection, ce qui fait que les courants ont un rapport défini. Un circuit de rétroaction commande les niveaux de courant à 15 travers l'élément de détection et l'élément de compensation. Dans un autre mode de réalisation, un courant de détection circule à travers à la fois l'élément de détection et l'élément de compensation, et un courant de chauffage séparé circule à travers l'élément de détection.
Dans d'autres modes de réalisation, les éléments de détection et 20 de compensation sont de longueurs différentes. Dans certains modes de réalisation, l'élément de compensation a une longueur plus courte d'environ 5 % à 8 %, pour une résistance inférieure de 5 % à 8 % par rapport à l'élément de détection. Dans un mode spécifique de réalisation, l'élément de compensation est plus court de 6 % à 7 %, et a une résistance inférieure de 25 6 % à 7 %, par rapport à l'élément de détection. Dans d'autres modes de réalisation, une résistance parallèle est positionnée à travers l'un des éléments de détection et de compensation pour ajuster les résistances relatives.
Les buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres, vont mieux apparaître à partir de la description plus 30 particulière qui va suivre des modes préférés de réalisation de la présente invention, comme illustrés sur les dessins annexés sur lesquels les références numériques analogues font référence aux mêmes composants dans toutes les différentes vues. Les dessins ne sont pas nécessairement à l'échelle, et au lieu de cela une mise en valeur est réalisée quant à l'illustration des principes de la présente invention, dessins sur lesquels: - les figures la et Ib sont des schémas simplifiés de jauges Pirani classiques, - la figure 2 est un graphique représentant les composantes des pertes de chaleur dans une jauge Pirani classique, comme découvert par l'intermédiaire des études des inventeurs, - la figure 3 est une représentation schématique d'une Jauge Pirani classique utilisant un fil de petit diamètre pour l'élément de détection, - la figure 4a est une partie d'une jauge à pertes de chaleur améliorée selon la présente invention, et la figure 4b est une vue en coupe de la partie représentée sur la figure 4a, - la figure 5a est une vue en coupe agrandie des extrémités d'une jauge à pertes de chaleur améliorée selon la présente invention, 15 représentant le support et la connexion des éléments de détection et de compensation, - la figure 5b est une vue en coupe représentant un mode de réalisation d'un mécanisme selon la présente invention pour maintenir l'espacement entre les plaques conductrices de chaleur et un élément de 20 détection et un élément de compensation, respectivement, - la figure 6 est un schéma représentant un agencement de chauffage indépendant pour un élément de détection selon la présente invention, - la figure 7 est un schéma représentant un autre agencement de 25 chauffage indépendant pour un élément de détection selon la présente invention, - la figure 8 est un schéma représentant encore un autre agencement de chauffage indépendant pour un élément de détection selon la présente invention, et - la figure 9 est un schéma d'une partie du circuit de la figure 7 ayant une résistance d'ajustement connectée en parallèle à l'élément de compensation dans un mode de réalisation de la présente invention.
Il va s'en suivre maintenant une description de modes préférés de réalisation de la présente invention. La présente invention est tout d'abord décrite en termes de quatre catégories d'améliorations des conceptions de jauge Pirani classique. Dans un mode particulièrement préféré de réalisation, 5 les quatre améliorations sont utilisées ensemble, et se combinent synergétiquement pour fournir une jauge Pirani ayant des caractéristiques de performances sensiblement améliorées. Des modes supplémentaires de réalisation de la présente invention sont ensuite décrits par la suite.
Amélioration 1.
La première catégorie d'améliorations sera décrite en se reportant aux figures 4a et 4b. La figure 4a est une vue de côté d'une partie 10 d'une jauge à pertes de chaleur améliorée (pas à l'échelle). La figure 4b est une vue en coupe de la partie 10 prise le long de la ligne 4b-4b sur la figure 4a. Comme représenté sur les figures 4a et 4b, un élément de détection ayant un fil de petit 15 diamètre 12 est placé dans le même plan et séparé d'une certaine distance par rapport à un élément de compensation ayant un fil de petit diamètre 14.
L'espacement d entre l'élément de détection 12 et l'élément de compensation 14 est de préférence approximativement de 0,762 mm mais peut se trouver dans une plage comprise entre 0,254 mm et 5,080 mm. Des plaques parallèles 20 16 et 16' sont fournies à proximité et parallèlement à l'élément de détection 12 et à l'élément de compensation 14.
Les plaques parallèles 16 et 16' sont positionnées à une distance S par rapport à l'élément de détection 12 et à l'élément de compensation 14. S est de préférence égale à 0,0178 mm mais peut être comprise entre 25 0, 0050 mm et 0,050 mm. L'élément de détection 12 est constitué d'une matière ayant un coefficient de résistance à une température haute, telle que du tungstène pur, qui peut être plaqué en or pour mieux garantir un pouvoir émissif relatif constant.
Le diamètre de l'élément de détection 12 est de préférence égal à 30 0, 0127 mm mais peut être compris entre 0,0025 mm et 0,050 mm. Bien qu'une forme de fil cylindrique soit préférée, d'autres formes telles qu'un ruban peuvent être utilisées à la fois pour les éléments de détection et de compensation. La longueur de l'élément de détection 12 est de préférence égale à 25,4 mm, mais peut être comprise entre 6,35 mm et 76,2 mm.
L'élément de compensation 14 est constitué de la même matière que l'élément de détection 12 en ayant les mêmes dimensions physiques, et ayant les mêmes propriétés de résistance et thermiques.
La partie 10 de la jauge à pertes de chaleur peut être installée dans un circuit de mesure du type représenté sur la figure 6, d'une manière qui sera décrite plus en détail ci-dessous.
Les plaques parallèles 16 et 16' conduisent la chaleur et ainsi ont 10 tendance à égaliser les gradients de température le long de l'élément de détection chauffé 12 et entre les extrémités de l'élément de détection 12 et l'élément de compensation 14. De cette manière, la présente invention obtient une sensibilité relative élevée avec une structure simple, et sans se baser sur la convection. Dans ce mode de réalisation de la présente invention, la 15 précision de la mesure à basse pression est fortement améliorée en utilisant des éléments de détection et de compensation ayant des dimensions physiques, des propriétés thermiques et des propriétés de résistance sensiblement identiques, et en plaçant les éléments de détection et de compensation dans le même environnement vide. En utilisant cette conception, 20 la complexité extrême et les cots des conceptions de jauges Pirani microminiatures ainsi que les inconvénients associés au refroidissement par convection de l'élément de détection sont simultanément évités. Cette amélioration permet d'obtenir des résultats de mesure de pression à la pression atmosphérique comparables à ceux obtenus avec des jauges Pirani 25 microminiatures très complexes, et comparables à ceux obtenus avec des jauges Pirani à refroidissement par convection sensibles à la position et beaucoup plus grandes.
Amélioration 2 En tant que deuxième large caractéristique de la présente 30 invention, un équipement de montage amélioré est fourni pour les éléments de détection et de compensation. La précision de la mesure de basse pression est fortement améliorée en utilisant des connexions d'élément de détection et d'élément de compensation ayant des dimensions physiques, des propriétés thermiques et des propriétés de résistance sensiblement identiques, et en utilisant des connexions d'éléments ayant des conductances thermiques grandes et sensiblement identiques à une région de température sensiblement uniforme pour toutes les connexions.
La figure 5a est une vue en coupe fortement agrandie d'une extrémité de la partie de jauge 10 o l'élément de détection 12 est supporté par des connecteurs d'élément de détection 20 et 20' et électriquement connecté à ces derniers et l'élément de compensation 14 est représenté comme étant supporté par des connecteurs d'élément de compensation 22 et 22' et 10 électriquement connecté à ces derniers. La coupe de la figure 5a est prise le long de la ligne 5a-5a sur la figure 4a. De préférence, des supports identiques (comme représenté sur la figure 5a) sont fournis à chaque extrémité de la partie de jauge 10.
Les connecteurs 20, 20', 22 et 22' sont de préférence constitués 15 d'un ruban en platine, d'épaisseur 0,025 mm et de largeur 1,524 mm. Les plaques 16 et 16' sont de préférence constituées d'une matière électriquement isolante ayant une conductibilité thermique élevée telle que du nitrure d'aluminium. En variante, les connecteurs des éléments de détection et de 20 compensation 20, 20', 22 et 22' peuvent être électriquement isolés des plaques 16 par des couches électriquement isolantes minces 24 et 24' qui peuvent être un revêtement en forme de diamant sur du tungstène. Dans ce cas, les plates 16 et 16' peuvent être constituées d'une matière de conductibilité thermique élevée telle que du tungstène. De préférence, la matière sélectionnée a une 25 conductibilité thermique supérieure à 0,25 watts/cm/K.
Les plaques 16 et 16' sont maintenues en position par de simples crochets en métal laminé à chaque extrémité (non-représentés). Les crochets appliquent une force suffisante sur les plaques 16 et 16' pour intégrer l'élément de détection 12 et l'élément de compensation 14 dans les connecteurs 20, 20', 30 22 et 22' jusqu'à ce que les connecteurs 20 et 20', et 22 et 22' soient en contact intime. Par conséquent, l'espacement S entre l'élément de détection 12 et la surface des plaques 16 et 16' est déterminé par le diamètre de l'élément de détection et l'épaisseur des connecteurs en ruban mince 20, 20', 22 et 22'.
Cette caractéristique de la présente invention permet à un élément de détection plus petit qu'un cheveu humain d'être séparé d'une distance comparable par rapport aux deux surfaces plates, d'une manière précise et très peu onéreuse ainsi que fournir des connexions électriques à un circuit supplémentaire.
Les plaques 16 et 16' fournissent une région de température sensiblement uniforme, spécialement lorsqu'elles sont isolées dans le vide par une conductibilité thermique minimale vers le monde extérieur. Les connecteurs en ruban mince 20, 20', 22 et 22' fournissent des dimensions identiques, un trajet court et de grandes conductances thermiques à la région 10 de température uniforme, satisfaisant ainsi plusieurs des conditions de constance du gradient de température, y, aux extrémités de l'élément de détection. L'élément de détection 12 peut être tendu d'une manière adaptée, comme représenté sur la figure 5b, par un ressort ayant un fil de petit diamètre 15 26 qui est inséré durant l'assemblage et se porte sur l'élément de détection 12 adjacent au connecteur 21 de l'élément de détection 12. Le ressort 28 est utilisé d'une manière similaire pour tendre l'élément de compensation 14. Les ressorts 26 et 28 servent à maintenir un espacement précis de l'élément de détection 12 et de l'élément de compensation 14 par rapport aux plaques 16 et 20 16' lorsque la température ambiante change. Un remplissage suffisant doit être intégré dans les ensembles d'élément de détection 12 et d'élément de compensation 14 pour éviter une rupture due à une expansion thermique différentielle des éléments 12 et 14 et des plaques 16. Sans les ressorts 26 et 28, ce remplissage va changer avec la température ambiante, empêchant ainsi 25 de maintenir l'espacement S constant entre les plaques parallèles 16 et 16' et les éléments de détection et de compensation, respectivement, et provoquer des erreurs de mesure.
Dans la conception selon ce mode de réalisation de la présente invention, quation 22 est partiellement satisfaite par le fait que l'élément de 30 détection 12 et l'élément de compensation 14 sont physiquement, électriquement, et thermiquement identiques. De plus, R3 est définie égale à R4 dans le mode de réalisation de la figure 6, ce qui d'après quation 6 garantit que f3 = 1. Par conséquent, quation 22 est entièrement satisfaite tout le temps par cette conception.
Amélioration 3.
Une troisième caractéristique majeure de la présente invention est 5 un dispositif et un procédé pour chauffer indépendamment l'élément de détection 12. Cette amélioration est illustrée sur la figure 6 o un pont de Wheatstone 30 est modifié pour réaliser un chauffage indépendant de l'élément de détection 12. Les circuits de la technique antérieure, utilisés avec un élément de compensation ayant les mêmes dimensions physiques et constitué 10 de la même matière que l'élément de détection que dans la présente invention, amènent l'élément de compensation à ne pas agir à température ambiante mais à la même température que l'élément de détection. Par conséquent, les jauges Pirani intégrant les améliorations de la présente invention décrites ci-dessus ne peuvent pas atteindre leur potentiel de précision en utilisant des 15 circuits de chauffage de la technique antérieure.
En se reportant maintenant à la figure 6, un pont de Wheatstone 30 ayant des noeuds A, B, C, et D est muni d'un élément de détection 12 ayant une valeur de résistance RS, connecté entre les noeuds B et C. Un élément de résistance non-sensible à la température 15 (ayant une résistance R) et un 20 élément de compensation 14 (ayant une résistance RC) constituent ensemble une résistance R2. La résistance R2 et un condensateur 36 sont reliés dans un ordre en série entre les noeuds C et D. La résistance 17 ayant une valeur R4 est connectée entre les noeuds A et B, et la résistance 19 ayant une valeur R3 est connectée entre les noeuds A et D. L'environnement vide 34 renferme 25 l'élément de détection 12 et l'élément de compensation 14. La source de tension AC 38 est connectée entre les noeuds B et D, et un détecteur de sélection de fréquence 40 est connecté entre les noeuds A et C. Une source de courant DC 32 est connectée entre les noeuds B et C pour délivrer du courant au noeud B. Un contrôleur 42 est connecté, via des liens de rétroaction 30 automatiques 46 et 47, de manière à commander la source de courant DC 32 et de manière à recevoir une entrée de détection de tension provenant du détecteur de sélection de fréquence 40 dans le but de cette commande.
L'environnement vide 34 renferme une partie 10 (comme représenté sur les figures 4a et 4b et décrit ci-dessus en référence à ces figures) comportant l'élément de détection 12, l'élément de compensation 14, et les plaques 16 et 16'. De plus, le procédé d'assemblage décrit précédemment 5 en référence aux figures 5a et 5b est de préférence utilisé dans le circuit de la figure 6. Les connecteurs d'élément 20 et 20' à une extrémité de l'élément de détection 12 (représenté sur la figure 5a) sont électriquement connectés au point C du circuit en pont 30 de la figure 6, tandis que les connecteurs 21 et 21' de l'élément de détection (non-représentés) à l'autre extrémité de l'élément de 10 détection 12 sont électriquement connectés au point B de la figure 6. Les connecteurs 22 et 22' de l'élément de compensation à une extrémité de l'élément de compensation 14 (représenté sur la figure 5a) sont électriquement connectés via le condensateur 36 au point D de la figure 6, tandis que l'autre extrémité de l'élément de compensation 14 est connectée aux connecteurs 23 15 de l'élément de compensation qui sont connectés via une résistance 15 au point C. Comme représenté sur la figure 6, la source de courant continu 32 fournit un courant de chauffage I à l'élément de détection 12 qui est placé dans l'environnement vide 34. Un condensateur 36 est fourni comme moyens 20 pour empêcher le courant provenant de la source de courant 32 d'être présent dans R2, R3 et R4. Par conséquent, contrairement aux jauges Pirani de la technique antérieure utilisant un pont de Wheatstone classique, aucune partie du courant de chauffage ou de la tension de chauffage dans RS n'est présente dans R2 à aucun moment.
La source de tension AC 38 applique une tension de signal AC au pont 30 en produisant des courants de signal AC is, i2, i3, et i4. En utilisant de très petites valeurs pour is, 12, i3, et 14 et le détecteur de sélection de fréquence 40, l'équilibre du pont peut être détecté à l'aide d'un chauffage négligeable produit dans une branche quelconque du pont 30. Le courant DC de la source 30 32 est automatiquement ajusté par le contrôleur 42, de manière à s'assurer en continu que la chute de tension AC isRS entre le point B et le point C est égale à la chute de tension i4R4 entre B et A telle que mesurée par la fonction de détection de tension AC du détecteur de sélection de fréquence 40. Ce lien de rétroaction automatique est indiqué par des lignes en pointillés 46 et 47.
Le processeur 51 est connecté au dispositif de mesure de courant 49 et au dispositif de mesure de tension 48, et produit une sortie indicative de 5 la pression dans l'environnement vide 34 sur la base du niveau du courant de chauffage et par l'intermédiaire de l'élément de détection 12 et de la chute de tension aux bornes de l'élément de détection 12.
Par conséquent, l'élément de compensation 14 peut être fabriqué en ayantles mêmes dimensions physiques et les mêmes propriétés thermiques 10 et de résistance que l'élément de détection 12 et peut continuer à fonctionner à la température ambiante sans un quelconque chauffage électrique dépendant de la pression.
Amélioration 4 Une quatrième amélioration sera décrite en se reportant à 15 nouveau à la figure 6. Dans cette amélioration, on fournit un dispositif et un procédé améliorés pour étalonner et faire fonctionner la jauge Pirani selon la présente invention.
Les inventeurs ont découvert qu'une indication précise d'une pression inconnue Px lorsque le pont est en équilibre peut être calculée à partir 20 d'une équation simple de la forme de quation 26.
P = f (VS, IS) (26) Cette découverte diffère de plusieurs approches classiques. L'indication de pression a été considérée comme dépendant non seulement de la résistance de l'élément de détection, mais également d'autres facteurs tels que la 25 température ambiante. Par conséquent, les schémas d'étalonnage classiques requièrent souvent des mesures de la résistance et d'autres quantités, à la fois pour l'étalonnage et durant le fonctionnement. Toutefois, les inventeurs ont découvert que lorsque les améliorations décrites ci-dessus sont mises en oeuvre, les valeurs de VS et IS incorporent des informations de température 30 suffisantes pour produire une sortie de pression précise, ce qui fait qu'il est possible d'éliminer les étapes consistant à mesurer séparément d'autres paramètres tels que la température ambiante. De cette manière, il est possible d'utiliser un tableau d'étalonnage tridimensionnel pour déterminer la pression sur la base de la tension et du courant seuls.
Afin d'étalonner la jauge représentée sur la figure 6, l'élément de détection 12 est soumis à une série de pressions et de températures ambiantes 5 représentatives connues s'étalant sur les plages de pression et de température d'intérêt. La chute de tension, VSc, une fois mesurée par le voltmètre 48 et le courant, ISc, une fois mesuré par le dispositif de mesure de courant 49, sont enregistrés ensemble lorsque le pont est en équilibre avec chacune des pressions d'étalonnage représentatives connues, Pc. Ces valeurs peuvent être 10 enregistrées par un programme s'exécutant dans le processeur 51 ou peuvent être transférées vers une autre unité de traitement pour des calculs d'étalonnage. La pression Pc est tracée en fonction de la tension VSc et du courant lSc. Chaque série de mesures à une température d'étalonnage donnée produit une fonction de température constante se rapportant à la pression, à la 15 tension et au courant. D'une manière significative, comme noté ci-dessus, les inventeurs ont découvert que ces fonctions de température constante peuvent être utilement combinées dans un seul tableau de données tridimensionnel pour définir une seule fonction d'étalonnage ayant la forme de quation 26.
Lorsque cela est réalisé, le résultat est une série de points définissant une 20 surface, o la hauteur de la surface est la pression et est fonction des valeurs de la tension et du courant mesurées.
Les données d'étalonnage obtenues en résultat peuvent être mémorisées dans une table de consultation et les pressions mesurées peuvent être déterminées par une interpolation entre les valeurs des pressions 25 mémorisées dans la table de consultation sur la base de la chute de tension et du courant mesurés. Toutefois, du fait que le nombre de points devant être mémorisés pour produire une sortie précise sur une large gamme de pressions, dans le mode préféré de réalisation, une équation d'approximation est obtenue pour la surface sur laquelle se trouvent les valeurs mesurées. Ceci peut être 30 facilement accompli en utilisant un logiciel de traçage de surface tridimensionnelle. L'équation obtenue en résultat est de la forme représentée dans quation 26. Ensuite, pour mesurer une pression Px inconnue à une température quelconque, VSx est mesurée par le voltmètre 48 et lSx est mesurée par le dispositif de mesure de courant 49 lorsque le pont est en équilibre. La valeur correcte de la pression peut alors être facilement obtenue par la substitution dans quation 26 donnant Px = f (VSx, lSx) (27) Par souci de convenance, quation 27 peut être mémorisée dans le processeur 51 qui peut alors être utilisé pour automatiquement calculer Px lorsque VSx et lSx sont entrés dans le processeur 51.
L'homme du métier va apprécier que d'autres quantités puissent substituer la tension et le courant dans la portée de la présente invention. Par 10 exemple, une fonction de la forme Px = g (W, R), o W est l'énergie appliquée à l'élément de détection 12 et R est la résistance de l'élément de détection 12, peut être utilisée à la place de quation 27. Dans ce cas, W et R peuvent être calculées d'après la sortie du voltmètre 48 et du dispositif de mesure de courant 49. Ce qui est important est que les deux paramètres sélectionnés 15 incluent des informations concernant à la fois le courant et la tension, de sorte que les effets des changements de courant et de tension seront différentiellement réfléchis dans le graphe ou le tableau d'étalonnage créé sur la base des valeurs des deux paramètres. Par conséquent, par exemple, les deux paramètres d'entrée de la fonction peuvent être deux paramètres 20 quelconques d'un groupe incluant: l'énergie, le courant, la tension, et la résistance. En général, il est possible d'identifier une équation de la forme P = h (X, Y) qui calcule approximativement la surface d'étalonnage, o X est le premier paramètre d'entrée, Y est le second paramètre d'entrée, et P est la pression 25 correspondant aux valeurs du premier paramètre X et du second paramètre Y. Cette équation est alors utilisée comme un impératif pour la surface d'étalonnage multidimensionnel pour calculer la pression.
Cette amélioration offre une excellente compensation de température à partir de 00C à 500C à partir de pressions inférieures à 10-4 Torr 30 jusqu'au-dessus de la pression atmosphérique. Elle annule la nécessité de mesurer l'énergie et la température comme ceci est quelquefois réalisé. Elle compense tous les types d'erreurs induites par un changement de température ambiante, tel qu'un changement de pertes de rayonnement, et non pas simplement les pertes qui dépendent des changements dans l'élément de détection jusqu'aux changements de température de paroi comme ceci est le cas dans le Brevet des Etats-Unis N0 4 682 503. Cette amélioration évite que la complexité ait à commander la température ambiante en utilisant le 5 refroidissement thermoélectrique, comme décrit dans le Brevet des Etats-Unis N0 5 347 869. De plus, ce procédé d'étalonnage et d'exploitation amélioré compense automatiquement le fait que le coefficient de résistivité à la température sera légèrement différent pour l'élément de détection à la température de fonctionnement par rapport à l'élément de compensation à la 10 température ambiante.
Autres modes de réalisation.
En se reportant à la figure 7, la jauge 60 est un mode de réalisation d'une jauge qui diffère de celle décrite sur la figure 6 en ce sens qu'elle n'utilise pas de pont Wheatstone. Comme sur la figure 6, la jauge 60 15 inclut un élément de détection 12 (ayant une valeur de résistance RS), un élément de résistance non-sensible à la température 15 (ayant une résistance R) et un élément de compensation de température 14 (ayant une résistance RC), les éléments 12 et 14 étant positionnés dans un environnement vide 34 d'une manière similaire ou suivant un agencement similaire. Bien que le circuit 20 qui connecte les éléments 12, 14 et 15 dans la jauge 60 diffère de celui de la figure 6, les éléments 12, 14 et 15 sont utilisés d'une manière similaire comme sur la figure 6. Par exemple, l'élément de détection 12 est chauffé pendant que l'élément de résistance non-sensible à la température 15 et l'élément de compensation de température 14 ne sont pas fortement chauffés. De plus, la 25 tension VS et le courant IS aux bornes de l'élément de détection 12 sont mesurés et utilisés pour déterminer la pression d'une manière similaire.
La jauge 60 inclut une source d'énergie 61 pour appliquer de l'énergie aux sources de courant 62 et 64 via des lignes 74 et 76, respectivement. Les sources de courant 62 et 64 sont interdépendantes et de 30 préférence fournissent un courant DC à l'élément 12 et à l'élément 14/15, respectivement. La source de courant 64 applique un courant d'une grandeur ou d'un niveau qui est une fraction prédéterminée de celui appliqué par la source de courant 62. Dans l'exemple représenté sur la figure 7, la source de courant 64 fournit 1/10 de la quantité de courant fourni par la source de courant 62. Le courant IS fourni par la source de courant 62 est dirigé via l'élément de détection 12 par l'intermédiaire de la ligne 78, du noeud 80 et de la 5 ligne 88. Le courant fractionnel fourni par la source de courant 62 est dirigé via l'élément de résistance non-sensible à la température 15 et l'élément de compensation de température 14 par l'intermédiaire de la ligne 100, du noeud 102 et de la ligne 103 (positionnés entre les éléments 14 et 15). Comme sur la figure 6, les éléments 14 et 15 compensent les changements de la température 10 ambiante. La direction d'une fraction du courant de détection IS via l'élément de compensation de température 14 rend la hausse de température de l'élément de compensation 14 insignifiante par rapport à celle de l'élément de détection 12. Dans l'exemple décrit sur la figure 7 o le rapport du courant de détection IS sur le courant fractionnel à travers l'élément de compensation de 15 température 14 est un rapport de 10:1, l'énergie dissipée dans l'élément de compensation de température 14 est inférieure à 1/100 de l'énergie dissipée dans l'élément de détection 12 du fait de la relation au carré du courant sur l'énergie (o Energie = 12R). En résultat, la hausse de température de l'élément de compensation 14 est inférieure à 1 % par rapport à celle de l'élément de 20 détection 12. Bien qu'un rapport de courant de 10:1 pour les sources de courant 62 et 64 soit décrit, d'autres rapports inférieurs ou supérieurs à 10:1 peuvent être utilisés. Le courant IS est commandé pour chauffer l'élément de détection 12 à un niveau de température auquel la résistance RS croît pour être égale à la résistance combinée R + RC. C'est à cette température que les 25 données d'étalonnage définissent la pression environnementale. Un circuit de rétroaction maintient le courant à ce niveau.
D'une manière spécifique, la tension V2 à travers la résistance combinée R + RC indicative de la résistance R + RC, est appliquée via un multiplicateur d'unité 66 (connecté aux noeuds 102 et 98) à un circuit d'addition 30 70 pendant que la tension V1 aux bornes de la résistance RS, indicative de la résistance RS, est appliquée par l'intermédiaire d'un multiplicateur 68 (connecté aux noeuds 84 et 92) au circuit d'addition 70. Du fait que R = V/l, et que le courant à travers R + RC est un dixième du courant à travers RS, la tension aux bornes de R + RC est égale à un dixième de la tension aux bornes de RS lorsque les résistances sont égales. Par conséquent, pour effectuer une comparaison des tensions afin de déterminer si les résistances sont égales, la tension aux bornes de RS doit être multipliée par un dixième du multiplicateur 5 appliqué à la tension aux bornes de R + RC. Le multiplicateur 68 multiplie la tension V1 par -1 pour garantir que les multiplicateurs ont un rapport inverse aux rapports du courant IS et IS/10. Le multiplicateur négatif 68 permet au circuit d'addition 70 d'exécuter une soustraction des tensions de résistance normalisées pour fournir un signal d'erreur 110 indiquant une différence entre 10 les résistances. Cette différence est amplifiée dans un amplificateur d'erreur d'intégration à gain élevé 72 et réinjectée pour commander le niveau de courant IS. La sortie de l'amplificateur d'erreur 72 est réinjectée en parallèle dans les sources de courant 62 et 64 via une ligne ou une boucle de rétroaction 112, le noeud 114 et les lignes 116 et 118 pour ajuster le niveau de courant 15 fourni par les sources de courant 62/64, lorsque nécessaire. Les courants fournis par les sources de courant 62/64 sont ajustés de sorte que les résistances RS de l'élément de détection 12 et R + RC des éléments 15/14 maintiennent un équilibre prédéterminé. Dans l'exemple représenté sur la figure 7, les résistances sont adaptées de telle sorte que RS = R + RC. En variante, 20 d'autres rapports ou niveaux de résistance peuvent être utilisés o RS est inférieure ou supérieure à R + RC. De plus, bien qu'un circuit de rétroaction permettant de commander les sources de courant 62/64 soit préféré, en variante, un tel circuit de rétroaction peut être omis en ayant la base de données autorisant des rapports de tension différents. Lorsque le circuit de 25 rétroaction est omis, le temps de réponse de la jauge 60 est typiquement plus lent. Le courant traversant l'élément de détection 12 est déterminé par le capteur de courant 49, et la tension VX aux bornes de l'élément de détection 12 due à ce courant est déterminée par le capteur 48, qui est connecté aux 30 noeuds 80 et 92 par les lignes 82 et 86. Les éléments 12 et 14 sont connectés aux noeuds 92 et 98 par les lignes 90 et 105, respectivement, et la ligne 86 est connectée à la masse par le noeud 94. Le capteur 48 et les multiplicateurs 66 et 68 ont des impédances d'entrée élevées lorsque tout le courant IS traverse l'élément de détection 12. Comme dans le mode de réalisation de la technique antérieure, les paramètres de courant et de tension peuvent être utilisés dans une consultation de base de données pour déterminer la pression à laquelle les éléments 12 et 14 sont exposés.
La jauge 60 est étalonnée d'une manière similaire à celle décrite par rapport à la jauge décrite sur la figure 6 o l'élément de détection 12 est exposé à une série de pressions et de températures ambiantes représentatives connues s'étalant sur les plages de pression et de température d'intérêt. La chute de tension aux bornes de l'élément de détection 12 est mesurée par le 10 voltmètre 48 et le courant le traversant est mesuré par le dispositif de mesure de courant 49 pendant que les résistances RS et R + RC sont maintenues dans un équilibre prédéterminé, par exemple RS = R + RC. Ces valeurs sont tracées pour fournir la table de données tridimensionnelle et la surface décrite par rapport à la figure 6.
En résultat, en cours d'utilisation, une pression inconnue peut être déterminée en mesurant la tension et le courant aux bornes de l'élément de détection 12 et en utilisant ensuite les procédés décrits pour la jauge de la figure 6. Par exemple, les valeurs de la tension et du courant qui sont mesurées sont comparées aux données d'étalonnage mémorisées qui 20 contiennent des valeurs de pression se rapportant à des valeurs de tension et de courant particulières. Typiquement, les valeurs mesurées de la tension et du courant ne correspondent pas exactement à de quelconques valeurs contenues dans les données mémorisées. Par conséquent, la valeur de la pression mesurée est déterminée par l'interpolation des données d'étalonnage 25 tension/courant/pression mémorisées. De préférence, une équation d'approximation telle que quation 27 est utilisée pour exécuter l'interpolation.
En mémorisant quation 27 dans le processeur, la pression peut être automatiquement calculée d'après la tension mesurée et le courant mesuré aux bornes de l'élément de détection 12. Comme dans la jauge de la figure 6, des 30 quantités autres que la tension et le courant peuvent être utilisées pour déterminer la pression dans la portée de la présente invention.
En se reportant à la figure 8, la jauge 125 est un mode de réalisation d'une jauge selon la présente invention qui diffère de la jauge 60 (figure 7) en ce sens que l'entrée positive (+) du multiplicateur 66 est déplacée du noeud 102 à un nouveau noeud 120 placé entre les éléments 14 et 15, tels que représentés. De plus, un troisième multiplicateur 121 ayant un gain K est inclus. Le multiplicateur 121 est connecté au noeud 102 et à un nouveau noeud 5 119 (situé entre les éléments 14 et 15) comme représenté. Dans cet agencement, la résistance de la ligne 103 entre les éléments 14 et 15 n'ajoute pas une valeur incrémentale incertaine à la résistance R de l'élément 15. En résultat, la ligne 103 peut être un filament très long si requis, et la résistance entre les noeuds 119 et 120 reste sensiblement sans conséquence sur la 10 précision de la jauge 125. Ceci permet à l'élément 15 d'être positionné dans des positions plus adaptées telles qu'une carte à circuit imprimé d'un ensemble électronique au lieu de l'être au niveau du transducteur, et la résistance de la terminaison de l'élément de compensation 14 n'a pas besoin d'être étroitement commandée. De plus, le positionnement de l'élément 15 loin du transducteur 15 permet à l'élément 15 d'être dans un environnement qui a une température plus stable de sorte que les sensibilités à des températures non intentionnelles sont minimisées. La valeur de la résistance R de l'élément 15 peut être sélectionnée sur la base du cot, de l'adaptation, ou de la disponibilité du fait que la chute de tension aux bornes de l'élément 15 peut être multipliée par une valeur arbitraire 20 quelconque K par le multiplicateur 121 afin d'obtenir les résultats voulus.
Encore d'autres modes de réalisation de la présente invention peuvent être configurés de telle sorte que l'élément de détection 12 et l'élément de compensation de température 14 soient différents en termes de résistance ainsi qu'en termes de longueur. L'élément de détection 12 et l'élément de 25 compensation de température 14 peuvent être configurés de sorte que la résistance de l'élément de compensation de température 14 est légèrement inférieure à celle de l'élément de détection 12, par exemple, plus petite jusqu'à environ 10 %. On a trouvé que dans certaines situations, un élément de compensation 14 qui a une résistance légèrement inférieure à celle de 30 l'élément de détection 12 peut fournir une compensation de température ambiante davantage améliorée du signal de pression par rapport à l'élément de compensation 14 ayant une résistance correspondant à l'élément de détection 12. Dans un premier mode de réalisation, lorsque les éléments de détection 12 et de compensation 14 ont des longueurs et des résistances égales, la résistance de l'élément de compensation 14 peut être réduite à la quantité voulue par une résistance d'ajustement 126 qui est électriquement 5 connectée en parallèle à l'élément de compensation 14, et généralement positionnée à l'extérieur de l'environnement détecté ou mesuré. La figure 9 décrit un exemple d'une résistance d'ajustement 126 connectée en parallèle à l'élément de compensation 14 représenté dans le circuit de la figure 7, o la résistance d'ajustement parallèle 126 est connectée à la ligne 103 via la ligne 10 124, et le noeud 122, et à la ligne 105 via la ligne 128 et le noeud 130. Lorsque la résistance d'ajustement parallèle 126 est parallèle à l'élément de compensation 14, la résistance 126 devient une partie de l'élément de compensation 14. Dans un premier mode de réalisation, l'élément de compensation 14 est muni d'une résistance inférieure d'environ 4,5 % par 15 rapport à celle de l'élément de détection 12 pour offrir une compensation de température optimisée à environ 300 mTorr. L'ajout de la résistance d'ajustement parallèle 126 parallèlement à l'élément de compensation 14 change à la fois le coefficient de résistance à la température et la quantité ohms/0C du retard de circuit de l'élément de compensation 14.
Dans un autre mode de réalisation, l'élément de compensation 14 est constitué de la même matière et est en général de même diamètre que l'élément de détection 12 mais il est légèrement plus court en termes de longueur afin de fournir une résistance inférieure par rapport à l'élément de détection 12. La différence de longueur est déterminée empiriquement par 25 comparaison sur une plage de température avec une jauge à diaphragme de capacité. La différence de disparité de longueur est suffisamment petite de sorte que les éléments de détection 12 et de compensation 14 continuent à avoir une réponse de température et des caractéristiques physiques similaires, mais l'élément de compensation plus court 14 fournit une meilleure 30 compensation de température. Dans un mode de réalisation, l'élément de compensation est plus court d'environ 6,4 % (de résistance plus petite d'environ 6,4 %) par rapport à l'élément de détection 12, laquelle température compense la courbe de tension du détecteur optimisée à environ 1 Torr. Un élément de compensation plus court 14 a un coefficient de résistance à la température (ohms/ohm/lC) qui est identique à celui de l'élément de détection 12 mais la quantité ohms/OC est différente.
La disparité de longueur et de résistance optimale entre l'élément 5 de détection 12 et l'élément de compensation 14 peut varier entre différentes jauges en fonction de la longueur, de la position, et de l'espacement des éléments de détection 12 et de compensation 14, ainsi que de la proximité par rapport à d'autres composants. La disparité de longueur peut être utilisée dans l'un quelconque des circuits précédemment décrits.
Une résistance d'ajustement parallèle 126 peut être utilisée dans des certaines situations pour réduire la résistance de l'élément de compensation 14 lorsque la longueur ou la résistance de l'élément de compensation 14 est inférieure à l'élément de détection 12 mais non pas à la mesure entière voulue. De plus, si la longueur ou la résistance de l'élément de 15 compensation 14 par rapport à l'élément de détection 12 est inférieure à celle voulue, une résistance d'ajustement parallèle 126 peut être plutôt placée en parallèle à l'élément de détection 12 pour réduire la résistance de l'élément de détection 12 de telle sorte que la résistance de l'élément de compensation 14 soit augmentée par rapport à la résistance de l'élément de détection 12 pour 20 amener les résistances relatives dans la plage voulue. Dans un tel cas, la résistance d'ajustement parallèle 126 devient une partie de l'élément de détection 12. Bien que la résistance d'ajustement parallèle 126 ait été décrite cidessus comme étant utilisée dans le circuit de la figure 7, on doit comprendre que la résistance d'ajustement parallèle 126 peut être utilisée dans 25 l'un quelconque des autres circuits décrits ci-dessus.
Bien que la présente invention ait été particulièrement représentée et décrite en référence à ses modes préférés de réalisation, l'homme du métier doit comprendre que divers changements en termes de forme et de détails peuvent être réalisés ici sans s'écarter de la portée de la 30 présente invention renfermée par les revendications annexées.
Par exemple, les caractéristiques des différents modes de réalisation de la présente invention peuvent être remplacées les unes par les autres ou combinées. De plus, bien que les jauges 60 et 125 aient été décrites comme appliquant un courant DC aux éléments 12, 14 et 15, d'autres modes de réalisation de la présente invention incluent l'application d'un courant AC aux éléments 12, 14 et 15. De plus, bien que des dimensions et des spécifications spécifiques aient été fournies, on doit comprendre que les 5 dimensions et les spécifications peuvent varier en fonction de la situation en question.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Jauge à pertes de chaleur (60) pour mesurer la pression d'un gaz dans un environnement (34), caractérisée en ce qu'elle comporte: un élément de détection résistif (12), un élément de compensation résistif (14) dans un circuit muni de 5 l'élément de détection (12) et exposé à un environnement (34) sensiblement adapté, une source électrique (61) connectée à l'élément de détection (12) et à l'élément de compensation (14) pour appliquer un courant à travers les éléments (12, 14), le courant à travers l'élément de détection (12) étant 10 sensiblement supérieur au courant à travers l'élément de compensation (14), les éléments de détection (12) et de compensation (14) étant de longueurs différentes, et un circuit de mesure (48, 49) connecté à l'élément de détection (12) et à l'élément de compensation (14) pour déterminer la pression du gaz 15 dans l'environnement (34) dans lequel l'élément de détection (12) et l'élément de compensation (14) sont exposés sur la base de la réponse électrique de l'élément de détection (12) et de l'élément de compensation (14).
2. Jauge selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de compensation (14) est plus court que l'élément de détection (12). 20 3. Jauge selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments de détection (12) et de compensation (14) sont configurés pour munir l'élément de compensation (14) d'une résistance inférieure d'environ 5 % à 8 % par rapport à celle de l'élément de détection (12).
4. Jauge selon la revendication 3, caractérisée en ce que les 25 éléments de détection (12) et de compensation (14) sont configurés pour munir l'élément de compensation (14) d'une résistance inférieure d'environ 6 % à 7 % par rapport à celle de l'élément de détection (12).
5. Jauge selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de compensation (14) est plus court en termes de longueur d'environ 30 5 % à 8 % par rapport à l'élément de détection (12).
6. Jauge selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément de compensation (14) est plus court d'environ 6 % à 7 % par rapport à l'élément de détection (12).
7. Jauge selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une 5 résistance parallèle (126) est positionnée aux bornes de l'un des éléments de détection (12) et de compensation (14) pour munir l'élément de compensation (14) d'une résistance inférieure.
8. Procédé pour mesurer la pression d'un gaz dans un environnement, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: 10 fournir un élément de détection résistif(12), fournir un élément de compensation résistif (14) qui est dans un circuit muni de l'élément de détection (12) et est exposé dans un environnement (34) sensiblement adapté, appliquer un courant à travers l'élément de détection (12) et 15 l'élément de compensation (14) provenant d'une source électrique (61), le courant à travers l'élément de détection (12) étant sensiblement supérieur au courant à travers l'élément de compensation (14), configurer les éléments de détection (12) et de compensation (14) de manière à ce qu'ils soient de longueurs différentes, et à l'aide du circuit de mesure (48, 49) connecté à l'élément de détection (12) et à l'élément de compensation (14) , déterminer la pression du gaz dans l'environnement (34) dans lequel l'élément de détection (12) et l'élément de compensation (14) sont exposés sur la base de la réponse électrique de l'élément de détection (12) et de l'élément de compensation (14). 25 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la configuration de l'élément de compensation (14) de manière à ce qu'il soit plus court que l'élément de détection (12).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la configuration des éléments de détection (12) et de 30 compensation (14) pour munir l'élément de compensation (14) d'une résistance inférieure d'environ 5 % à 8 % par rapport à l'élément de détection (12).
Il. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la configuration des éléments de détection (12) et de compensation (14) pour munir l'élément de compensation (14) d'une résistance inférieure d'environ 6 % à 7 % par rapport à l'élément de détection (12).
12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape consistant à munir l'élément de compensation (14) 5 d'une longueur qui est plus courte d'environ 5 % à 8 % par rapport à l'élément de détection (12).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape consistant à munir l'élément de compensation (14) d'une longueur qui est plus courte d'environ 6 % à 7 % par rapport à l'élément 10 de détection (12).
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre le positionnement d'une résistance parallèle (126) aux bornes de l'un des éléments de détection (12) et de compensation (14) pour munir l'élément de compensation (14) d'une plus petite résistance
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