JPH08507863A - 可制御熱伝導形真空計における温度補償法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、可制御給電電圧の給電されるホイートストーンブリッジ（１）を使用し、該ブリッジの構成部分は主には測定線（フィラメント）（６）及び抵抗（９）であり、該抵抗は測定線（フィラメント）（６）の周囲温度の障害影響の補償をするようにした可制御熱伝導形真空計の作動方法に関する。また、本発明は、前記方法に適する実施装置にも関する。温度補償の簡単化のため、提案によれば、ブリッジ（１）の種々の電気的測定量の結合により、又は同等の近似解により温度依存抵抗（９）の値又は温度を求め、そして、圧力測定値形成の際考慮するのである（図２）。

Description

【発明の詳細な説明】 可制御熱伝導形真空計における温度補償法 本発明は、可制御給電電圧の給電されるホイートストーンブリッジを使用し、 該ブリッジの構成部分は主には測定線（フィラメント）及び抵抗であり、該抵抗 は測定線（フィラメント）の周囲温度の障害影響の補償をするようにした可制御 熱伝導形真空計の作動方法に関する。更に本発明は当該方法の実施に適する回路 装置にも関する。 熱伝導形真空計は次のような事項を活用する、即ち比較的高いガス圧下で、即 ち比較的大きな粒子数密度のもとでは温度依存の抵抗素子によっては比較的低い ガス圧の場合に比して、より多くの熱が放出されるという事項を活用する。ピラ ニによる熱伝導形真空計では温度依存の抵抗素子はホイートストーンブリッジ内 に挿入接続された測定線（フィラメント）である。非可制御形ピラニ真空計の場 合は測定線の抵抗変化によリブリッジの離調が生ぜしめられ該離調状態は圧力に 対する尺度として使用される。可制御側ピラニ真空計ではブリッジにて加わる給 電電圧が次のように制御される、即ち、抵抗、以て測定線（フィラメント）の温 度が熱送出に無関係に一定に保持されるように制御される。抵抗値の一定保持に 必要とされる電流は熱伝導 性、以てガスの圧力に対する尺度である。通常ホイートストーンブリッジはブリ ッジ給電電圧の追従制御により最小離調になるように平衡調整される。ブリッジ 給電電圧は圧力に相応する一次的電気的値である。 周囲温度は測定基本動作に障害的な影響を及ぼす、それというのは当該温度は 取付個所を通っての放射及び熱伝導を介して測定線（フィラメント）の熱的平衡 をそれの周囲と共に共同的に規定するからである。周囲温度の当該の障害的な影 響を補償するため、ホイートストーンブリッジの分岐の１つの中に適当な特性を 有する温度依存抵抗を挿入することが公知である。但し上記温度補償は不十分で ある、それというのは種々の特性を有するガスの圧力に依存して行われれなけれ ばならないからである。通常、当該特性は次のように送出される、即ち大気圧下 で最適化が行われるように選定される。従って小さな圧力の場合必然的に誤り補 償が行われる。 ドイツ連邦共和国特許第３２３０４０５号明細書からは温度依存の抵抗にホイ ートストーンブリッジ中に更なる温度依存抵抗を配属することは公知である。こ こでこの温度依存抵抗はブリッジの構成部分ではなく、一定の給電電圧の供給を 受ける。上記手段は更なる温度依存の構成部分のほかに測定セル中になお、付加 的な定電圧給電源を要し、それにより、測定セルと測定機器との間の付加的な接 続線路が必要とされる。 本発明の基礎となる課題とするところは可制御熱伝導形真空計の作動の際、温 度補償を改善ないし簡単化することにある。 上記課題は冒頭に述べた形式の作動方法において、次のようにして解決される 、即ち、ブリッジの種々の電気的測定量の結合により、又は同等の近似解（法） により温度依存抵抗の値又は温度を求め、そして、圧力測定値形成の際考慮する のである。 公知手段においては常に考慮されなかった温度依存抵抗の値によっては連続的 に補正信号の形成が可能になり、該補正信号は温度依存性を考慮し、従って、精 確な測定値の形成に使用され得る。測定セルにおける付加的構成部品及び測定セ ルに対する付加的な定電圧給電源は必要でない。 本発明の更なる利点及び詳細事項に就いて説明し、図２は従来技術の回路を示 し、図２〜図７は本発明の回路の実施例を示す。 図１の回路は分岐２〜５を有するホイートストーンブリッジ１を有する。上記 分岐中には測定線（フィラメント）６（Ｒ_F）、抵抗７（Ｒ₁）抵抗（Ｒ₂）９（ Ｒ_T）が設けられている。当該分岐中にはタップ１２〜１５が設けられており、 ここでタップ１２，１３は給電対角分岐を成し、タップ１４，１５は測定分岐を 成す。タップ１２，１３には可制御給電電圧Ｕ₂（図２参照）が加わり、ここで タップ１３はアース電位に おかれる。測定対角線分岐タップ１４，１５はアンプ１６に接続されており、上 記アンプを用いては給電電圧Ｕ₁は常に次のように制御される、即ち測定線（フ ィラメント）の抵抗Ｒ_F（以てそれの温度）が熱送出に無関係に一定に保持され るように制御される。給電電圧に相応する圧力の指示のため、公知のように指示 装置１７が設けられている。 ホイートストーンブリッジ１は適当ケーシング内に測定線（フィラメント）６ と共に、圧力センサないし測定セル１８を形成する。全部は示してないほかの構 成部分（給電源、処理部、指示部等）はケーブルを介して測定セルと接続されて いる測定装置の構成部分である。 図２は本発明の回路を一般的な形で示す。測定値形成のため構成ブロック１９ が使用され、該構成ブロックによっては測定値形成の際温度依存抵抗９の瞬時値 を考慮することが可能になる。このことは次のようにして行われる、即ち構成ブ ロック１９に適当な情報（例えば電圧信号Ｕ₁、可制御給電電圧Ｕ₂、温度依存抵 抗９間の電圧降下が又はそして通流電流に就いての情報も供給されるのである。 それら情報は間接的に（抵抗９の温度に相応する電圧信号の形成を介して）又は 間接的に（周囲温度の特別な検出なしでのコンピュータユニットにおける情報の 評価）所望の圧力依存の温度補償を達成するのに十分である。 図３は構成ユニット１９に対する実施例を示す。上記構成ユニットは回路部分 ２１を有し、該回路部分２１はタップ１２，１３間に生じるブリッジ給電電圧Ｕ₁ と、温度依存抵抗Ｒ_T（９）にて生じる電圧Ｕ₂を次のように処理する、即ち、 それの出力側２２にて温度依存の電圧Ｕ_Tが生じ、該電圧は別の回路部分（これ はＲ₃（２３）Ｒ₄（２４），Ｒ₅（２５）とアンプ（２６）からなる）にて測定 量として用いられるブリッジ給電電圧Ｕ₁に適宜重畳される。合成電圧はガス圧 値で検出．．される測定機器１７に供給される。 Ｕ_Tが温度、以て温度依存の抵抗Ｒ_Tに比例すべき場合は下式が成立たねばなら ない。 （式１）Ｕ_T＝Ｋ₁・Ｒ_T但しＫ₁＝比例計数 可用の電圧Ｕ₁，Ｕ₂からＲ_xが次式で求められ得る （式２） ＲＴ＝Ｒ１・Ｕ２／（Ｕ１−Ｕ２）； 但し、Ｒ１＝一定 それにより下式が得られる。 （式３） Ｕ_T＝Ｋ₂・Ｕ₂／（Ｕ₁−Ｕ₂）； 但し、Ｋ₂＝比例係数 温度依存の抵抗Ｒ_Tは公知のように次のように選定される、即ち所属のピラニ 測定機器の圧力領域（大気圧）の或１つの点（例えば、大気圧）にて温度変化を 精確に補償するように選定される。抵抗Ｒ₄（２４）はＲ₃（２３）及びＲ₅（２ ５）の考慮下で次のように選定される、即ち圧力領域の第２の点にて、殊に非常 に小さい圧力（下限の測定領域限界“零点”）のもとで補正電圧Ｕ_Tが温度の影 響を補償するように選定される。当該手段によっては測定領域全体に亘ってのガ ス圧に依存する温度補償が達成される。 図４の実施例では温度依存抵抗９の値が値Ｕ。（Ｒ_Tにおける電圧降下）とＩ （抵抗Ｒ_T）を流れる電流から求められる。このためのアンプ３６と抵抗３７（ Ｒ₆）を有する電流／電圧変換器が設けられている。アンプ３６の一方の入力側 には温度依存抵抗９を流れる電流が流れる。アンプの第２入力側はアースされて いる。アンプの出力側には電圧信号Ｕ₃が現われ、この電圧信号は抵抗９を流れ る電流の強さに相応する、抵抗９における電圧降下Ｕ₂と、抵抗９を流れる電流 に値する値Ｕ₃とから、オームの法則により結合により抵抗の値を求め得る。こ のことは構成ブロック３８にて行われ、この構成ブロックは温度依存の補正電圧 を供給する。 Ｕ₂及び分岐３間を流れる電流Ｉ＝−Ｕ₃／Ｒ₆から下式が得られる。 （式２’） Ｒ_T＝−（Ｕ₂／Ｕ₃）・Ｒ₆ （式３’） Ｕ_T＝Ｋ₂／（Ｕ₂／Ｕ₃） 上記電圧ＵＴ_Tは圧力測定値形成の際図３に対して述べた手法で考慮される。 温度依存の補正電圧形成のための図３の回路部分２１の更なる実施例を図５に 示す。加算回路２７では電 圧Ｕ₂が電圧Ｕ₁より減算され、電圧Ｕ₄（２８）が得られる。電圧Ｕ₂は引き続い て除算回路２９にて電圧Ｕ₃が除算され、ファクタＫ₂で重み付けされる。出力側 ２２における電圧は所望の補正電圧である。 離散的構成素子によりＵ₁，Ｕ₂からＵ_Tを生成する図５について実現手法は有 利にマイクロプロセッサ（３３）、マルチプレクサ（３１）、Ａ／Ｄ−変換機能 部（３４）、相応のソフトウエア（式３による）を有するコンピュータユニット によっても置換され得る。図６はその種の構成ブロック２１を示す。 さらなるステップ（図７）において、信号処理全体を、一殊に、測定量Ｕ₁（ ブリッジ給電電圧）及び補正電圧Ｕ_Tの重み付けられた重畳をも、−コンピュー タ構成ブロック３５を用いて実施すると有利である。上記コンピュータ構成ブロ ック３５は有利に、同様にマイクロプロセッサ、マルチプレクサ及びＡ／Ｄ−Ｄ ／Ａ変換機能部を有する。ソフトウエアは相応に適合されねばならない。この場 合において、同様に（Ｕ₁及びＵ₂を介して周囲温度とブリッジ電圧の双方がコン ピュータ構成ブロックに報知されるので）圧力測定領域全体に亘って温度補償が 実現され得る。このために測定されたブリッジ電圧、温度と“真の”圧力との間 の関係が一度実験的に求められる。その際ピラニ作動装置にてソフトウエアルー チンによりテーブル及び又は近 似式を介して入力量Ｕ₁，Ｕ₂から“真の”圧力が計算され得る。 図２〜３及び５〜７による実施例では改善された温度補償の達成に必要な変化 は測定装置に限定されている。従って、既存の測定セルは変更修整された測定機 器で作動され得る。図４の実施例では測定機器とセンサとの間の付加的線路が必 要である。温度補償の精度はＤＥ−ＤＳ３２３０４０５により提示された従来技 術（ここでは付加的な接続線路が存在しなければならない）に比して著しく改善 される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可制御給電電圧の給電されるホイートストーンブリッジ（１）を使用し、該 ブリッジの構成部分は主には測定線（フィラメント）（６）及び抵抗（９）であ り、該抵抗は測定線（フィラメント）（６）の周囲温度の障害影響の補償をする ようにした可制御熱伝導形真空計の作動方法において、ブリッジ（１）の種々の 電気的測定量の結合により、又は同等の近似解により温度依存抵抗（９）の値又 は温度を求め、そして、圧力測定値形成の際考慮することを特徴とする 可制御熱伝導形真空計の作動方法（図２）。 ２．ブリッジ給電電圧Ｕ₁に電圧信号Ｕ_Tが重畳され、該電圧信号は前記温度依存 抵抗（９）の温度に相応する請求の範囲１記載の方法。 ３．電圧信号Ｕｒの形成のため先ず、温度依存抵抗（９）間に降下として生じる 電圧Ｕ₂を給電電圧Ｕ₁から差し引き、そしてその後、上記Ｕ₂は当該減算の結果 Ｕ₃により除算される請求の範囲２記載の方法。 ４．電圧信号Ｕ_Tの形成のため、抵抗（９）の降下として生じる電圧Ｕ₂及び抵抗 （９）を流れる電流が求められ、そして、しかる後、求められた値の結合により 、オームの法則により、抵抗（９）の値と相 応する電圧信号Ｕ１を形成する請求の範囲２記載の方法。 ５．温度依存抵抗（９）の抵抗に相応する電圧値Ｕ_Tの形成をマイクロプロセッ サ（３３）、マルチプレクサ（３１）、Ａ／Ｄ−（３２）及びＤ／Ａ−変換機能 部（３４）及び相応のソフトウエアを有するコンピュータユニット（２１）にて 行う請求の範囲２記載の方法。 ６．圧力測定値の形成をマイクロプロセッサ（３３）、マルチプレクサ（３１） 、Ａ／Ｄ−（３２）及びＤ／Ａ−変換機能部（３４）及び相応のソフトウエアを 有するコンピュータユニット（２１）にて行い、上記コンピュータユニットには 電圧値Ｕ₁及びＵ₂を供給する請求の範囲１記載の方法。 ７．ホイートストーンブリッジ（１）と給電電圧Ｕ₁の制御のためアンプ（１６ ）を有する請求の範囲１〜３記載の方法のうちの１つを実施する回路装置におい て、当該回路装置は回路ユニット（２１）〜（２６）又は（３４）を具備し、該 回路ユニットによってはブリッジ給電電圧Ｕ₁と、温度依存抵抗９において生じ る電圧降下を処理して温度補償された測定値が生成されるように構成されている 回路装置。 ８．各電圧信号Ｕ₁，Ｕ₂から温度依存抵抗（９）の温度に相応する１つの電圧信 号Ｕ_Tを形成するユニット（２１）が設けられており、更に温度補償された 測定信号生成を生成すべく電圧信号Ｕ₁及びＵ_Tの重畳をさせるためのさらなる電 子ユニット（２３〜２６）が設けられている請求の範囲８記載の回路装置。 ９．当該構成ユニット（２１）の構成部分として減算段（２７）及び除算回路（ ２９）が設けられている請求の範囲８記載の回路装置。 １０．当該構成ユニット（２１）の構成部分としてマイクロプロセッサ（３３） 、マルチプレクサ（３１），Ａ／Ｄ（３２）及びＤ−Ａ変換機能回路（３４）が 設けられている請求の範囲８記載の回路装置。 １１．電圧信号Ｕ₁，Ｕ₂から測定値形成のためコンピュータ（３５）が設けられ ており、該コンピュータユニットはマイクロプロセッサ、マルチプレクサ，Ａ／ Ｄ及びＤ／Ａ変換機能回路を有している請求の範囲７記載の回路装置。 １２．ホイートストーンブリッジ（１）及びアンプ（１６）を有する請求の範囲 ４記載の方法を実施する回路装置において、当該回路装置は抵抗（９）を流れる 電流の捕捉検出のための電流／電圧変換器（３６，３７）と信号生成ユニット（ ３８）を有し、該信号生成ユニットは抵抗（９）を流れる電流と、抵抗（９）に おける電圧降下により生じる電圧から上記抵抗（９）の値に相応する信号（Ｕ_T ）の形成に用いられる回路装置。