JPH0650273B2 - 熱電対真空計 - Google Patents
熱電対真空計Info
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- JPH0650273B2 JPH0650273B2 JP60227067A JP22706785A JPH0650273B2 JP H0650273 B2 JPH0650273 B2 JP H0650273B2 JP 60227067 A JP60227067 A JP 60227067A JP 22706785 A JP22706785 A JP 22706785A JP H0650273 B2 JPH0650273 B2 JP H0650273B2
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- thermocouple
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L21/00—Vacuum gauges
- G01L21/10—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured
- G01L21/14—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured using thermocouples
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、部分真空下の低い圧力を測定するための熱電
対装置に関し、特に広い範囲に亘る圧力に感応する装置
に関する。
対装置に関し、特に広い範囲に亘る圧力に感応する装置
に関する。
発明の背景 熱電対が、部分真空のための圧力感知装置として長く用
いられている。熱電対は加熱されて、その結果もたらさ
れる熱電対の温度は熱電対起電力を用いて測定される。
ガス圧力が減少するとき、ガスによる熱電対のカップリ
ング速度は減少する。結果として、一定の加熱電流につ
いての熱電対の温度が上昇するか、或いは熱電対を一定
の温度に保つのに必要とされる電流が減少する。
いられている。熱電対は加熱されて、その結果もたらさ
れる熱電対の温度は熱電対起電力を用いて測定される。
ガス圧力が減少するとき、ガスによる熱電対のカップリ
ング速度は減少する。結果として、一定の加熱電流につ
いての熱電対の温度が上昇するか、或いは熱電対を一定
の温度に保つのに必要とされる電流が減少する。
従来技術の熱電対圧力計は、測定中同時に加熱すること
により発生したノイズによってその範囲及び感度を制限
される。従来技術の熱電対計は、低圧及び１０トル乃至
１００トルの圧力範囲で感応しない。
により発生したノイズによってその範囲及び感度を制限
される。従来技術の熱電対計は、低圧及び１０トル乃至
１００トルの圧力範囲で感応しない。
発明の目的 本発明の目的は、多数のオーダーの大きさの圧力にわた
り熱電対効果を用いて安価で適度に精密で迅速に反応す
る真空計を提供することにある。
り熱電対効果を用いて安価で適度に精密で迅速に反応す
る真空計を提供することにある。
発明の概要 時間多重化サーボ機構が、持続時間変調一定振幅加熱パ
ルスを熱電対へ供給するために用いられる。加熱の間の
間隔で、熱電対の起電力は測定され基準電圧に比較され
る。基準電圧は異なる範囲の圧力について異なってお
り、幾つかの範囲で基準電圧は圧力の減少に比例する。
加熱パルスの動作周期は、電圧に変換され圧力として表
示される。
ルスを熱電対へ供給するために用いられる。加熱の間の
間隔で、熱電対の起電力は測定され基準電圧に比較され
る。基準電圧は異なる範囲の圧力について異なってお
り、幾つかの範囲で基準電圧は圧力の減少に比例する。
加熱パルスの動作周期は、電圧に変換され圧力として表
示される。
本発明のこれらの及び他の構造上及び動作上の特徴は、
図面を参照して以下の説明から明らかとなるであろう。
尚、図面は、限定的でない例として好適実施例及び変形
例を説明する。
図面を参照して以下の説明から明らかとなるであろう。
尚、図面は、限定的でない例として好適実施例及び変形
例を説明する。
好適実施例の説明 図面を参照すれば、参照数字が種々の図を通じて部材を
示すのに用いられ、アルファベットが部材の間をパスし
た信号を示すのに用いられる。第１図は、本発明に従う
熱電対圧力計のブロック図を示す。時間多重化サーボ機
構１０が、周波数変調一定振幅電流「Ｌ」を２線式又は
４線式熱電対１２へ供給するために用いられる。加熱パ
ルスの間の間隔で、熱により発生した起電力「Ｌ」は、
測定され、基準発電機１４により得られた基準電圧レベ
ル「Ｒ」に比較される。連続部を加熱するのに必要とさ
れる電流は、電圧「Ｎ」及び「Ｊ」を用いて動作周期発
電機１６へ信号で送られる。動作周期発電機１６は、信
号「Ｈ」を誘導する。信号「Ｈ」は、圧力に比例し、制
御又は表示のために用いられ、電源からの基準電圧
「Ｂ」を用いて基準発電機１４へ入力される。基準発電
機１４は、基準信号「Ｒ」を発生させる。
示すのに用いられ、アルファベットが部材の間をパスし
た信号を示すのに用いられる。第１図は、本発明に従う
熱電対圧力計のブロック図を示す。時間多重化サーボ機
構１０が、周波数変調一定振幅電流「Ｌ」を２線式又は
４線式熱電対１２へ供給するために用いられる。加熱パ
ルスの間の間隔で、熱により発生した起電力「Ｌ」は、
測定され、基準発電機１４により得られた基準電圧レベ
ル「Ｒ」に比較される。連続部を加熱するのに必要とさ
れる電流は、電圧「Ｎ」及び「Ｊ」を用いて動作周期発
電機１６へ信号で送られる。動作周期発電機１６は、信
号「Ｈ」を誘導する。信号「Ｈ」は、圧力に比例し、制
御又は表示のために用いられ、電源からの基準電圧
「Ｂ」を用いて基準発電機１４へ入力される。基準発電
機１４は、基準信号「Ｒ」を発生させる。
第２図は、本発明の好適実施例のより詳細な例である。
時間多重化サーボ機構の中心部が、起電力信号を熱電対
から時間多重化するスイッチ１８である。信号「Ｊ」
は、起電力増幅器２０への起電力信号「Ｚ」を断路する
ためにスイッチ１８へ送られ、同時に熱電対を加熱する
ために熱電対駆動部２２へ送られる。信号「Ｄ」は、
「Ｚ」がスイッチ１８によって断路される時間をわずか
な時間だけ延ばし、熱電対駆動部２２からの電流ゼロま
で低下するのを可能にする。増幅された起電力信号
「Ｙ」は、増幅器２０から電圧差積分器２４へ送られ
る。積分器２４は、信号「Ｒ−Ｙ」を積分して信号
「Ｗ」を発生させる。信号「Ｗ」はまた、電圧制御発振
器２６を制御するために用いられる。電圧制御発振器２
６からのパルス周波数信号「Ｍ」は、一定幅のワンショ
ット２８へ送られる。ワンショット２８はまた、信号
「Ｊ」及び「Ｎ」を発生させる。
時間多重化サーボ機構の中心部が、起電力信号を熱電対
から時間多重化するスイッチ１８である。信号「Ｊ」
は、起電力増幅器２０への起電力信号「Ｚ」を断路する
ためにスイッチ１８へ送られ、同時に熱電対を加熱する
ために熱電対駆動部２２へ送られる。信号「Ｄ」は、
「Ｚ」がスイッチ１８によって断路される時間をわずか
な時間だけ延ばし、熱電対駆動部２２からの電流ゼロま
で低下するのを可能にする。増幅された起電力信号
「Ｙ」は、増幅器２０から電圧差積分器２４へ送られ
る。積分器２４は、信号「Ｒ−Ｙ」を積分して信号
「Ｗ」を発生させる。信号「Ｗ」はまた、電圧制御発振
器２６を制御するために用いられる。電圧制御発振器２
６からのパルス周波数信号「Ｍ」は、一定幅のワンショ
ット２８へ送られる。ワンショット２８はまた、信号
「Ｊ」及び「Ｎ」を発生させる。
圧力に比例する信号「Ｈ」は、圧力条件付き制御部２８
へ送られ得る。制御部２８は、圧力がプリセットレベル
を越えるとき、バルブを開いたり閉じたり、ポンプを作
動させたり止めたり、或いは他の適切な動作を得るため
に用いられ得る。圧力がプリセットレベルを越えるか或
いはそれ以下になるとき、動作の極性のいずれかが起こ
るであろう。多数の設定点もまた、許される。圧力信号
「Ｈ」もまた、表示増幅器３０へ送られ得る。スケール
エキスパンダ３２が、信号「Ｈ」を小さいとき増幅し、
信号を充分に飽和させ、それによって信号「Ｇ」を誘導
する。信号「Ｇ」は、表示増幅器３０へ送られる。在来
の電源３４が、適切な電圧を他の回路へ供給するために
用いられる。
へ送られ得る。制御部２８は、圧力がプリセットレベル
を越えるとき、バルブを開いたり閉じたり、ポンプを作
動させたり止めたり、或いは他の適切な動作を得るため
に用いられ得る。圧力がプリセットレベルを越えるか或
いはそれ以下になるとき、動作の極性のいずれかが起こ
るであろう。多数の設定点もまた、許される。圧力信号
「Ｈ」もまた、表示増幅器３０へ送られ得る。スケール
エキスパンダ３２が、信号「Ｈ」を小さいとき増幅し、
信号を充分に飽和させ、それによって信号「Ｇ」を誘導
する。信号「Ｇ」は、表示増幅器３０へ送られる。在来
の電源３４が、適切な電圧を他の回路へ供給するために
用いられる。
これらの各々の回路の詳細図が、第３図乃至第１４図で
示されている。すべての使用できる増幅器が、ＲＣＡ
ＣＡ3260である。すべてのラベルしていないダイオード
が、小信号ダイオード、代表的に１Ｎ914である。
示されている。すべての使用できる増幅器が、ＲＣＡ
ＣＡ3260である。すべてのラベルしていないダイオード
が、小信号ダイオード、代表的に１Ｎ914である。
低圧で、電磁放射線及び熱電対ワイヤを介した金属によ
る望ましくない伝導を通じた熱損失の効果は、圧力に感
応しやすい機構である気体拡散による熱損失に比較して
重大である。低圧領域で一定温度で動作することによっ
て、伝導冷却に対する温度の効果は除去され、放射損失
に対するその効果は減少する。温度が圧力に関して一定
であるならば、気体冷却の効果は、最大となる。そのよ
うな高い感度が所望される領域は、１０ミリトル以下及
び１０トルと２００トルとの間である。熱電対計が本質
的にガス冷却に感応する領域で、圧力の増加につれて温
度を減少させることによって感度を減少させることが望
ましい。これらの領域は、１０ミリトルと１０トルとの
間及び２００トルと大気圧との間にある。これらの領域
についての温度対圧力の概略図が第１５図で図示されて
いる。前述のように温度を操作することは、圧力の効果
的測定を可能にし、また今まで可能なほぼ６のオーダー
の大きさよりも広い範囲に亘ってスケール直線性を高め
る。
る望ましくない伝導を通じた熱損失の効果は、圧力に感
応しやすい機構である気体拡散による熱損失に比較して
重大である。低圧領域で一定温度で動作することによっ
て、伝導冷却に対する温度の効果は除去され、放射損失
に対するその効果は減少する。温度が圧力に関して一定
であるならば、気体冷却の効果は、最大となる。そのよ
うな高い感度が所望される領域は、１０ミリトル以下及
び１０トルと２００トルとの間である。熱電対計が本質
的にガス冷却に感応する領域で、圧力の増加につれて温
度を減少させることによって感度を減少させることが望
ましい。これらの領域は、１０ミリトルと１０トルとの
間及び２００トルと大気圧との間にある。これらの領域
についての温度対圧力の概略図が第１５図で図示されて
いる。前述のように温度を操作することは、圧力の効果
的測定を可能にし、また今まで可能なほぼ６のオーダー
の大きさよりも広い範囲に亘ってスケール直線性を高め
る。
前述の温度変化は、低圧での圧力変化に対し増大した感
度に伴って、高温に備える。低圧で熱電対の高温による
ガス爆発の危険は存在しないが、同時にそのような危険
が一定の気体で起こる圧力で、より低くより安全な値ま
で接合部温度を減少させる。
度に伴って、高温に備える。低圧で熱電対の高温による
ガス爆発の危険は存在しないが、同時にそのような危険
が一定の気体で起こる圧力で、より低くより安全な値ま
で接合部温度を減少させる。
動作周期指示法及びインジケータのサーボループへの組
み入れは、環境の変化によって生ずる多くの誤差の源を
回避する。このことは、そのような変化を補償すること
で被る余分の費用を最小限にする。
み入れは、環境の変化によって生ずる多くの誤差の源を
回避する。このことは、そのような変化を補償すること
で被る余分の費用を最小限にする。
接合部の時間多重化加熱は、２つの主な利点をもたら
す。すなわち、(i)熱起電力が測定される間、加熱機構
から測定電圧への外部からの寄与はない。そのような誤
差は、直流電力を使用する他のすべての技術に固有のも
のである。(ii)以前は４線式接合部が必要であったが、
２線式接合部しか必要でない。このことはいくつかの利
点をもたらし、制御部からゲージへの２線式ケーブル及
び簡易化されたゲージを含み、また熱伝導経路の数が半
分になっているので望ましくない熱伝導で５０パーセン
トの減少を生じる。
す。すなわち、(i)熱起電力が測定される間、加熱機構
から測定電圧への外部からの寄与はない。そのような誤
差は、直流電力を使用する他のすべての技術に固有のも
のである。(ii)以前は４線式接合部が必要であったが、
２線式接合部しか必要でない。このことはいくつかの利
点をもたらし、制御部からゲージへの２線式ケーブル及
び簡易化されたゲージを含み、また熱伝導経路の数が半
分になっているので望ましくない熱伝導で５０パーセン
トの減少を生じる。
本発明は、前述の好適実施例に限定されるものではな
く、その変形及び改良が本発明の範囲を外れることなく
なされ得る。本発明の特徴は特許請求の範囲で要約され
る。
く、その変形及び改良が本発明の範囲を外れることなく
なされ得る。本発明の特徴は特許請求の範囲で要約され
る。
第１図は、本発明に従う熱電対真空計のブロック図であ
る。 第２図は、本発明の実施例のブロック図である。 第３図は、本発明の一実施例における電源の概略図であ
る。 第４図は、本発明の一実施例における電圧制御発振器の
概略図である。 第５図は、本発明の一実施例における一定幅のワンショ
ットの概略図である。 第６図は、本発明の一実施例におけるスイッチの概略図
である。 第７図は、本発明の一実施例における熱電対駆動部の概
略図である。 第８図は、本発明の一実施例における動作周期発電機の
概略図である。 第９図は、本発明の一実施例における増幅器の概略図で
ある。 第１０図は、本発明の一実施例における電圧差積分器の
概略図である。 第１１図は、本発明の一実施例における基準発電機の概
略図である。 第１２図は、本発明の一実施例におけるスケールエキス
パンダの概略図である。 第１３図は、本発明の一実施例における表示増幅器の概
略図である。 第１４図は、本発明の一実施例における圧力条件付き制
御部の概略図である。 第１５図は、熱電対の温度対圧力の概略図である。 〔主要符号〕 １０……時間多重化サーボ機構 １２……２線式又は４線式熱電対 １４……基準発電機、１６……動作周期発電機 １８……スイッチ、２０……起電力増幅器 ２２……熱電対駆動部、２４……電圧差積分器 ２６……電圧制御発振器、３０……表示増幅器 ３２……スケールエキスパンダ、３４……電源
る。 第２図は、本発明の実施例のブロック図である。 第３図は、本発明の一実施例における電源の概略図であ
る。 第４図は、本発明の一実施例における電圧制御発振器の
概略図である。 第５図は、本発明の一実施例における一定幅のワンショ
ットの概略図である。 第６図は、本発明の一実施例におけるスイッチの概略図
である。 第７図は、本発明の一実施例における熱電対駆動部の概
略図である。 第８図は、本発明の一実施例における動作周期発電機の
概略図である。 第９図は、本発明の一実施例における増幅器の概略図で
ある。 第１０図は、本発明の一実施例における電圧差積分器の
概略図である。 第１１図は、本発明の一実施例における基準発電機の概
略図である。 第１２図は、本発明の一実施例におけるスケールエキス
パンダの概略図である。 第１３図は、本発明の一実施例における表示増幅器の概
略図である。 第１４図は、本発明の一実施例における圧力条件付き制
御部の概略図である。 第１５図は、熱電対の温度対圧力の概略図である。 〔主要符号〕 １０……時間多重化サーボ機構 １２……２線式又は４線式熱電対 １４……基準発電機、１６……動作周期発電機 １８……スイッチ、２０……起電力増幅器 ２２……熱電対駆動部、２４……電圧差積分器 ２６……電圧制御発振器、３０……表示増幅器 ３２……スケールエキスパンダ、３４……電源
Claims (8)
- 【請求項１】部分真空での圧力に比例する電気信号を誘
導するための装置であって： 部分真空中の熱電対； 前記熱電対からの電圧信号を用いて前記熱電対へのパル
スされた加熱電流を時間多重化するための、タイミング
信号を発生させるサーボ機構手段； 前記タイミング信号の動作周期から圧力に比例する信号
を発生させるための手段； 前記圧力に比例する信号から基準信号を発生させるめの
手段であって、前記基準信号は加熱電流パルスを発生さ
せるために前記熱電対からの前記電圧信号とともに使用
されるところの手段；並びに 電源手段； から成る装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載された部分真
空での圧力に比例する電気信号を誘導するための装置で
あって： 前記サーボ機構手段は、 周波数信号を発生させるための電圧制御発振器手段； 前記電圧制御発振器から前記周波数信号を受信し且つタ
イミング信号を発生させるための一定幅ワンショット手
段； 前記タイミング信号を受信し且つ一定の振幅のパルス電
流を前記熱電対へ送信するための熱電対駆動手段； 前記タイミング信号を受信し且つ前記熱電対が加熱され
ていないとき熱電対電圧信号をパスするためのスイッチ
手段； 前記スイッチ手段からの前記熱電対電圧信号を増幅する
ための手段；並びに 増幅された前記熱電対電圧と前記基準信号との間の差を
とり、該差を積分するための手段であって、該積分され
た差の信号は前記電圧制御発信器へ入力されるところの
手段； を含むところの装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載さ
れた部分真空での圧力に比例する電気信号を誘導するた
めの装置であって： 圧力大信号以上に圧力小信号を増幅させるための手段： を含む装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載された部分真
空での圧力に比例する電気信号を誘導するための装置で
あって： 前記圧力に比例する信号から圧力条件付き制御を得るた
めの手段； を含む装置。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載さ
れた部分真空での圧力に比例する電気信号を誘導するた
めの装置であって： 前記熱電対の温度は、約１０ミリトル以下の圧力で一定
に保たれ、約１０ミリトルより上へ圧力が増加するにつ
れて減少する、 ところの装置。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載された部分真
空での圧力に比例する電気信号を誘導するための装置で
あって： 前記熱電対の温度は、約１０トルと約２００トルとの間
で一定に保たれる、 ところの装置。 - 【請求項７】特許請求の範囲第６項に記載された部分真
空での圧力に比例する電気信号を誘導するための装置で
あって： 前記熱電対の温度は、約２００トルより上へ圧力が増加
するにつれて減少する、 ところの装置。 - 【請求項８】部分真空中で熱電対計を動作する方法であ
って： 加熱電流を熱電対接合部へ交互に供給する段階； 次に前記加熱電流を切って前記熱電対接合部から熱によ
り発生した起電力を測定する段階； 前記加熱電流の動作周期から圧力に比例する信号を発生
させる段階； 前記圧力に比例する信号から基準信号を発生させる段
階；並びに 前記熱により発生した起電力及び前記基準信号から前記
加熱電流のパルスを発生させる段階； から成る方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US667021 | 1984-10-31 | ||
| US06/667,021 US4579002A (en) | 1984-10-31 | 1984-10-31 | Thermocouple vacuum gauge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61108940A JPS61108940A (ja) | 1986-05-27 |
| JPH0650273B2 true JPH0650273B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=24676479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60227067A Expired - Fee Related JPH0650273B2 (ja) | 1984-10-31 | 1985-10-14 | 熱電対真空計 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4579002A (ja) |
| EP (1) | EP0180481B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0650273B2 (ja) |
| CA (1) | CA1255115A (ja) |
| DE (1) | DE3581586D1 (ja) |
| IL (1) | IL76666A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4633717A (en) * | 1985-07-31 | 1987-01-06 | Varian Associates, Inc. | Thermocouple vacuum gauge |
| US5351551A (en) * | 1993-05-27 | 1994-10-04 | The Fredericks Company | Convection thermocouple vacuum gauge |
| KR20040013341A (ko) * | 2002-08-06 | 2004-02-14 | (주) 포스백 | 시간분할형 펠티어 진공게이지 구동회로 |
| US7249516B2 (en) * | 2004-07-28 | 2007-07-31 | Brooks Automation, Inc. | Method of operating a resistive heat-loss pressure sensor |
| US20060021444A1 (en) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Helix Technology Corporation | Method of operating a resistive heat-loss pressure sensor |
| US7585166B2 (en) * | 2005-05-02 | 2009-09-08 | Buja Frederick J | System for monitoring temperature and pressure during a molding process |
| US7451652B2 (en) * | 2005-12-28 | 2008-11-18 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Interrupted DC operation of thermocouple vacuum gauge |
| WO2008022122A2 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-21 | Buja Frederick J | System and method employing a thermocouple junction for monitoring of physiological parameters |
| US8047711B2 (en) * | 2008-08-06 | 2011-11-01 | Heinz Ploechinger | Thermocouple vacuum gauge |
| US8986205B2 (en) | 2010-05-14 | 2015-03-24 | Frederick J. Buja | Sensor for measurement of temperature and pressure for a cyclic process |
| US10222285B2 (en) | 2014-10-24 | 2019-03-05 | Timothy G. Collins | Portable graphing vacuum pressure gauge |
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