RU2389991C2

RU2389991C2 - Method of eliminating temperature fluctuations in ambient medium of thermal-conductivity vacuum gauge and device for realising said method

Info

Publication number: RU2389991C2
Application number: RU2008114989/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Григорьевич Бондарь (RU); Олег Григорьевич Бондарь; Валерий Элезарович Дрейзин (RU); Валерий Элезарович Дрейзин; Юрий Александрович Овсянников (RU); Юрий Александрович Овсянников; Валентин Геннадьевич Поляков (RU); Валентин Геннадьевич Поляков
Original assignee: ФГУП Курский завод "Маяк"
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2010-05-20
Also published as: RU2008114989A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: dissipation power of a heated thermistor is measured at two different fixed temperatures of the thermistor which exceed the maximum possible temperature of the surrounding gas and the measurement results are used to calculate the differential thermal scattering coefficient which is independent of temperature of the surrounding gas, from the value of which the measured pressure value is determined. The vacuum gauge has a thermistor, a measuring bridge, a model fixed resistor, auxiliary fixed resistors, an analogue switch and an operational amplifier. The vacuum gauge also has an analogue-to-digital converter, a microprocessor, a digital indicator device and an interface device.

EFFECT: complete elimination of effect of fluctuation of temperature of the surrounding gas on vacuum gauge readings.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения среднего и низкого вакуума и может быть использовано при создании вакуумметров с пределами измерения от 0,1 до 10⁵Па.The invention relates to techniques for measuring medium and low vacuum and can be used to create vacuum gauges with measurement limits from 0.1 to 10 ⁵ Pa.

Известен теплоэлектрический способ измерения вакуума, при котором абсолютное давление в вакуумной камере определяется по величине теплоотдачи нагреваемого электрическим током тела в разреженном газе [1-3]. Применяются две модификации этого способа: режим постоянства тока накала и режим постоянства температуры нагрева. Нагреваемым телом обычно является нить из тугоплавкого металла, по которой пропускается электрический ток, а его температура измеряется либо с помощью термопары, находящейся в тепловом контакте с этим телом, либо путем измерения электрического сопротивления самой металлической нити. В последнем случае нагреваемая нить должна изготовляться из металла с высоким температурным коэффициентом сопротивления. Отечественной промышленностью выпускались термопарные вакуумметры ВТ-2А-П, ВТ-3, ВТ-6 в комплекте с термопарными первичными преобразователями ПМТ-2 и ПМТ-4, вакуумметр ВТ-8 в комплекте с первичным преобразователем ПДТ-8 и терморезисторные вакуумметры ВСБД-1, 13 ВТ3-003 и ВТ1-4 с первичными преобразователями МТ-15М и ПМТ-6-3. Диапазоны измеряемых абсолютных давлений всех указанных вакуумметров лежат в пределах 0,1…4000 Па, а погрешности - от 30% до 250% (в зависимости от модели вакуумметра и пределов измерения).Known thermoelectric method for measuring vacuum, in which the absolute pressure in the vacuum chamber is determined by the magnitude of the heat transfer of the electric-heated body in a rarefied gas [1-3]. Two modifications of this method are used: the mode of constant current heating and the mode of constant heating temperature. A heated body is usually a thread of refractory metal, through which an electric current is passed, and its temperature is measured either using a thermocouple in thermal contact with this body, or by measuring the electrical resistance of the metal thread itself. In the latter case, the heated thread should be made of metal with a high temperature coefficient of resistance. The domestic industry produced thermocouple vacuum gauges VT-2A-P, VT-3, VT-6 complete with thermocouple primary transducers PMT-2 and PMT-4, a vacuum gauge VT-8 complete with primary transducers PDT-8 and thermistor vacuum gauges VSBD-1 , 13 VT3-003 and VT1-4 with primary converters MT-15M and PMT-6-3. The ranges of the measured absolute pressures of all the indicated gauges are in the range 0.1 ... 4000 Pa, and the errors are from 30% to 250% (depending on the model of the gauge and the limits of measurement).

Основным источником погрешностей теплоэлектрических вакуумметров является непостоянство температуры окружающей среды, поскольку теплоотдача нагретого тела в окружающую газовую среду согласно формуле Ньютона при прочих равных условиях пропорциональна не абсолютной температуре нагретого тела, а разности температур нагретого тела и окружающей среды:The main source of errors in thermoelectric vacuum gauges is the variability of the ambient temperature, since the heat transfer of a heated body to the surrounding gas medium according to Newton’s formula, ceteris paribus, is proportional not to the absolute temperature of the heated body, but to the temperature difference between the heated body and the environment:

где Т_s - температура поверхности тела;where T _s - surface of the body temperature;

Р - количество тепла, переданное в единицу времени от нагретого до температуры Т_s тела в окружающую среду с температурой θ;P is the amount of heat transferred per unit time from a body heated to a temperature T _s to the environment with a temperature θ;

S - площадь поверхности охлаждения;S is the surface area of the cooling;

α_к - коэффициент теплопередачи для данного тела, учитывающий суммарное действие всех механизмов теплопередачи (конвективный теплоперенос, теплопередача за счет теплопроводности газа, молекулярный теплоперенос и тепловые потери на излучение).α _k - heat transfer coefficient for a given body, taking into account the total effect of all heat transfer mechanisms (convective heat transfer, heat transfer due to the heat conduction of the gas, molecular heat transfer and heat loss due to radiation).

При изменении температуры окружающей среды будет изменяться теплоотдача при неизменном давлении в вакуумной камере при обоих способах измерения, что и будет приводить к погрешности. Понятно, что она будет тем больше, чем больше отношение возможных вариаций температуры окружающей среды к рабочей температуре нагрева чувствительного элемента. С этих позиций выгодно увеличивать рабочую температуру нагреваемого терморезистора. Однако с увеличением рабочей температуры нагреваемого чувствительного элемента увеличивается доля тепла, рассеиваемая посредством излучения, а она не зависит от давления окружающего газа, зато пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры нагретого тела. Это, с одной стороны, ограничивает максимальную рабочую температуру чувствительного элемента, а с другой - затрудняет термокомпенсацию этой погрешности в достаточно широком интервале температур окружающей среды.When the ambient temperature changes, the heat transfer will change at a constant pressure in the vacuum chamber with both measurement methods, which will lead to an error. It is clear that it will be the larger, the greater the ratio of possible variations in ambient temperature to the operating temperature of the heating of the sensitive element. From these positions, it is advantageous to increase the operating temperature of the heated thermistor. However, with an increase in the operating temperature of the heated sensing element, the fraction of heat dissipated by radiation increases, and it does not depend on the pressure of the surrounding gas, but is proportional to the fourth degree of the absolute temperature of the heated body. This, on the one hand, limits the maximum operating temperature of the sensitive element, and on the other hand, makes it difficult to compensate for this error over a sufficiently wide range of ambient temperatures.

Используются различные способы термокомпенсации. Большинство из них основано на включении в первичный преобразователь дополнительного не нагреваемого электрическим током терморезистора, фиксирующего изменения температуры газовой среды в вакуумной камере [3-5]. Изменения сопротивления этого дополнительного терморезистора используются для регударования тока нагрева чувствительного к давлению терморезистора таким образом, чтобы обеспечить постоянную разность его температуры нагрева и окружающей среды. Однако в режиме постоянства тока нагрева это осуществить затруднительно, поскольку каждому значению температуры окружающей среды и каждому поддиапазону измеряемых давлений должно соответствовать свое значение стабилизированного тока нагрева. Но даже в этом случае при изменении давления в пределах установленного поддиапазона температура нагрева будет изменяться, а значит, условие постоянства разности температуры нагрева и температуры окружающей среды будет нарушаться. В режиме постоянства температуры нагрева это условие выполнить легче. Но при этом каждому значению температуры окружающей среды должна соответствовать - своя температура нагрева, что достаточно сложно осуществить технически. В частности, этому препятствует нелинейность зависимости сопротивления терморезисторов от температуры, нелинейность зависимости коэффициента теплопередачи α_к от давления и изменение доли теплоотдачи за счет излучения при разных температурах нагрева. Поэтому при широком диапазоне вариаций температуры окружающей среды полную температурную компенсацию осуществить весьма сложно. Различные варианты схем температурной компенсации предлагаются в [4] и [5]. В [4] помимо основной схемы температурной компенсации, поддерживающей постоянство температуры перегрева нагреваемого терморезистора относительно температуры окружающей среды, вводится дополнительная температурная компенсация, осуществляемая путем вычитания из выходного сигнала напряжения, снимаемого с индивидуально настраиваемой комбинации из термонезависимого сопротивления и двух терморезисторов, одного с линейной зависимостью от температуры, а другого - с квадратичной зависимостью, не нагреваемых проходящим по ним током и имеющих тепловой контакт с окружающей средой. В [5] выходной сигнал формируется в виде разности двух напряжений питания сбалансированного моста, содержащего нагреваемый и компенсационный терморезисторы, при включении в него двух разных комбинаций постоянных резисторов.Various methods of thermal compensation are used. Most of them are based on the inclusion in the primary converter of an additional thermistor that is not heated by electric current, which detects changes in the temperature of the gaseous medium in the vacuum chamber [3-5]. Changes in the resistance of this additional thermistor are used to control the heating current of the pressure-sensitive thermistor in such a way as to ensure a constant difference in its heating temperature and the environment. However, in the constant mode of the heating current, this is difficult to implement, since each value of the ambient temperature and each sub-range of measured pressures must have its own value of the stabilized heating current. But even in this case, when the pressure changes within the established sub-range, the heating temperature will change, which means that the condition for the constancy of the difference between the heating temperature and the ambient temperature will be violated. In the constant temperature mode, this condition is easier to fulfill. But at the same time, each value of the ambient temperature must correspond to its own heating temperature, which is quite difficult to implement technically. In particular, this prevents the non-linearity of thermistor resistance depending on temperature, depending on the nonlinearity coefficient of heat transfer α on the pressure and _to change the proportion of heat transfer due to radiation heat at different temperatures. Therefore, with a wide range of ambient temperature variations, full temperature compensation is very difficult to implement. Various variants of temperature compensation schemes are proposed in [4] and [5]. In [4], in addition to the basic temperature compensation scheme, which maintains a constant temperature of the superheat of the heated thermistor relative to the ambient temperature, an additional temperature compensation is introduced by subtracting from the output signal the voltage taken from an individually adjustable combination of thermally independent resistance and two thermistors, one with a linear dependence on temperature, and on the other, with a quadratic dependence, not heated by the current passing through them, and I have their thermal contact with the environment. In [5], the output signal is formed in the form of the difference between the two supply voltages of a balanced bridge containing a heated and compensation thermistors, when two different combinations of constant resistors are included in it.

Однако если в первом случае [4] за счет экспериментального подбора вида зависимости сопротивления от температуры комбинации термонезависимого, линейно зависящего и квадратично зависящего терморезисторов действительно удается в некотором диапазоне давлений расширить диапазон компенсации температуры окружающего газа, то во втором случае [5] предложенный метод компенсации учитывает лишь линейные эффекты, а потому реальный диапазон компенсации с учетом действия вышеназванных нелинейных эффектов будет невелик. Особенно ограниченной будет термокомпенсация при использовании полупроводниковых терморезисторов с нелинейной температурной характеристикой. Но, учитывая, что этот способ не требует индивидуальной подгонки характеристики преобразования компенсационного термодатчика, примем в качестве прототипа [5]. Его основной недостаток был показан выше и заключается в неполной компенсации влияния вариаций температуры окружающей среды, поскольку в нем не учитываются нелинейные эффекты.However, if in the first case [4], due to the experimental selection of the dependence of the resistance on temperature, the combination of thermally independent, linearly and quadratically dependent thermistors really succeeds in expanding the range of pressure compensation of the ambient gas temperature in a certain pressure range, then in the second case [5], the proposed compensation method takes into account only linear effects, and therefore the real range of compensation, taking into account the effects of the above non-linear effects, will be small. Thermal compensation will be especially limited when using semiconductor thermistors with a non-linear temperature characteristic. But, given that this method does not require an individual adjustment of the conversion characteristics of the compensation temperature sensor, we will take it as a prototype [5]. Its main drawback was shown above and consists in incomplete compensation of the influence of ambient temperature variations, since it does not take into account nonlinear effects.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является полное устранение влияния вариаций температуры окружающей среды на показания теплоэлектрического вакуумметра.The technical problem to which the invention is directed is the complete elimination of the influence of variations in ambient temperature on the readings of a thermoelectric vacuum gauge.

Эта задача решается путем измерения мощности теплового рассеяния нагреваемого терморезистора при двух различных фиксированных температурах терморезистора, превышающих максимально возможную температуру окружающего газа, по результатам которых вычисляется дифференциальный коэффициент теплового рассеяния, не зависящий от температуры окружающего газа, по величине которого судят о величине измеряемого давления.This problem is solved by measuring the thermal dissipation power of the heated thermistor at two different fixed temperatures of the thermistor exceeding the maximum possible ambient temperature, the results of which are used to calculate the differential coefficient of thermal dissipation, which does not depend on the temperature of the surrounding gas, by the value of which the measured pressure is judged.

Если нагретым телом является терморезистор, нагреваемый проходящим по нему током и помещенный в разреженный газ, то его коэффициент теплоотдачи при заданной величине давления окружающего газа может быть измерен экспериментально в соответствии с выражениемIf the heated body is a thermistor, heated by a current passing through it and placed in a rarefied gas, then its heat transfer coefficient at a given pressure of the surrounding gas can be measured experimentally in accordance with the expression

которое вытекает из (1) при установившемся балансе между подводимой электрической мощностью и рассеянием тепла в окружающую среду. Указанные выше нелинейные эффекты будут приводить к тому, что даже при постоянстве давления значения этого коэффициента, измеренные при разных температурах нагрева Т_s и окружающего газа θ, окажутся различными, что и будет приводить к погрешностям при определении давления окружающего газа по этим значениям. Кардинальным способом устранения этой погрешности является замена абсолютного коэффициента теплоотдачи дифференциальным коэффициентом теплоотдачи, измеренным при двух фиксированных температурах Т₂>T₁>θ:which follows from (1) with a steady balance between the supplied electric power and heat dissipation into the environment. The above nonlinear effects will lead to the fact that even with a constant pressure, the values of this coefficient measured at different heating temperatures T _s and the surrounding gas θ will turn out to be different, which will lead to errors in determining the pressure of the surrounding gas from these values. A cardinal way to eliminate this error is to replace the absolute heat transfer coefficient with a differential heat transfer coefficient measured at two fixed temperatures T ₂ > T ₁ > θ:

где P₁ и Р₂ - электрические мощности, подводимые к нагреваемому терморезистору при достижении температурного баланса с окружающей средой соответственно при фиксированных температурах Т₁ и Т₂.where P ₁ and P ₂ are the electric power supplied to the heated thermistor when the temperature balance with the environment is reached, respectively, at fixed temperatures T ₁ and T ₂ .

В этом случае коэффициент

измеряется при фиксированном перепаде температур (фиксирована не только их разность, но и абсолютные значения этих температур), а потому единственным фактором, влияющим на него, остается давление окружающего газа (конечно, при неизменности всех геометрических параметров самого терморезистора и вакуумной камеры). Влияние всех нелинейных эффектов, связанных с необходимостью изменения температуры нагрева терморезистора при изменениях температуры окружающего газа, полностью устраняется. При этом отпадает необходимость измерения температуры окружающего газа, важно лишь, чтобы ее максимально возможное значение было бы ниже фиксированных температур T₁ и Т₂. Это существенно упрощает и конструкцию первичного преобразователя (в нем остается только один терморезистор, нагреваемый проходящим через него регулируемым током), и устройство электронного блока, и алгоритмы его работы.In this case, the coefficient

it is measured at a fixed temperature difference (not only their difference is fixed, but also the absolute values of these temperatures), and therefore the only factor affecting it is the pressure of the surrounding gas (of course, with all the geometric parameters of the thermistor and the vacuum chamber unchanged). The influence of all nonlinear effects associated with the need to change the heating temperature of the thermistor with changes in the temperature of the surrounding gas is completely eliminated. In this case, there is no need to measure the temperature of the surrounding gas, it is only important that its maximum possible value be below the fixed temperatures T ₁ and T ₂ . This greatly simplifies the design of the primary converter (there is only one thermistor left in it, heated by the controlled current passing through it), and the device of the electronic unit, and its operation algorithms.

Измерительная схема теплоэлектрического вакуумметра, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг.1. Она состоит из первичного преобразователя 1, состоящего из терморезистора R_T и вакуумноплотно соединяемого с вакуумной камерой, в которой необходимо измерять давление остаточного газа, измерительного моста, одна из ветвей которого образована этим терморезистором R_T и образцовым термонезависимым резистором R₀, а вторая постоянная ветвь - либо постоянными резисторами R₁ и R₂, либо постоянными резисторами R₃ и R₄; операционного усилителя 2, вход которого включен в измерительную диагональ измерительного моста инвертирующим входом к образцовому резистору R₀, а неинвертирующим - к выходу аналогового коммутатора 3, осуществляющего переключение постоянных ветвей мостовой схемы (R₁-R₂ или R₃-R₄), а выходное напряжение является напряжением питания данной мостовой схемы; аналого-цифрового преобразователя 4, сигнальный вход которого подключен к образцовому сопротивлению R₀, а выход - к сигнальному входу микропроцессора 5; цифрового индикационного устройства 6 и интерфейсного устройства 7. Первый управляющий выход микропроцессора 5 подключен к управляющему входу аналогового коммутатора 3, второй управляющий выход - к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 4, а сигнальный цифровой выход - к цифровому индикационному устройству 6 и интерфейсному устройству 7, служащему для сопряжения с системой верхнего уровня.The measuring circuit of a thermoelectric vacuum gauge that implements the proposed method is shown in figure 1. It consists of a primary transducer 1, consisting of a thermistor R _T and vacuum tightly connected to a vacuum chamber, in which it is necessary to measure the pressure of the residual gas, a measuring bridge, one of the branches of which is formed by this thermistor R _T and an exemplary thermally independent resistor R ₀ , and the second constant branch - either constant resistors R ₁ and R ₂ , or constant resistors R ₃ and R ₄ ; operational amplifier 2, the input of which is included in the measuring diagonal of the measuring bridge with an inverting input to the model resistor R ₀ , and non-inverting to the output of the analog switch 3, which switches the constant branches of the bridge circuit (R ₁ -R ₂ or R ₃ -R ₄ ), and the output voltage is the supply voltage of this bridge circuit; analog-to-digital Converter 4, the signal input of which is connected to the model resistance R ₀ , and the output to the signal input of the microprocessor 5; digital indicating device 6 and interface device 7. The first control output of the microprocessor 5 is connected to the control input of the analog switch 3, the second control output to the control input of the analog-to-digital converter 4, and the signal digital output to the digital indicating device 6 and the interface device 7, serving to interface with the upper level system.

Возможен вариант и с обратным включением операционного усилителя, при котором его инвертирующий вход подключается к выходу аналогового коммутатора 3, а неинвертирующий - к образцовому резистору R₀, но при этом выход операционного усилителя должен подключаться к точке соединения резисторов R₁ и R₃, а точка соединения резисторов R₂ и R₄ заземляется. В обоих случаях операционный усилитель подключается к мостовой схеме таким образом, чтобы изменение напряжения питания мостовой схемы, вызванное ее разбалансом, приводило к ее уравновешиванию за счет изменения тока разогрева терморезистора.A variant is also possible with the operational amplifier turned back on, in which its inverting input is connected to the output of the analog switch 3, and the non-inverting input is connected to the model resistor R ₀ , but the output of the operational amplifier must be connected to the connection point of the resistors R ₁ and R ₃ , and the point the connection of the resistors R ₂ and R _{4 is} grounded. In both cases, the operational amplifier is connected to the bridge circuit so that a change in the supply voltage of the bridge circuit caused by its imbalance leads to its balancing due to a change in the heating current of the thermistor.

Теплоэлектрический вакуумметр работает следующим образом. Вначале микропроцессор 5 с помощью аналогового коммутатора 3 подключает к измерительному мосту плечи, образованные постоянными резисторами R₁ и R₂. Они подобраны таким образом, чтобы измерительный мост уравновешивался при величине сопротивления терморезистора R_T, соответствующей первой заданной температуре T₁. Поскольку в начальный момент температура терморезистора равна температуре в вакуумной камере θ<Т₁, то величина сопротивления терморезистора R_T будет больше расчетного значения R_T1, соответствующего балансу измерительного моста, и он окажется разбалансированным (здесь рассматривается случай использования полупроводникового терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом). Напряжение разбаланса мостовой схемы усиливается операционным усилителем 2 и подается на диагональ питания измерительного моста. Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя достаточно высок, то его выходное напряжение при разбалансе измерительного моста стремится к максимально возможному значению и через плечи измерительного моста, в том числе и через терморезистор R_T протекает максимальный ток, под действием которого терморезистор быстро разогревается. Но по мере разогрева его сопротивление приближается к расчетному значению для первой установленной температуры T₁ и напряжение разбаланса мостовой схемы уменьшается, а значит, уменьшается и напряжение питания мостовой схемы, и ток, протекающий через терморезистор. Поэтому его температура устанавливается равной первой расчетной температуре за минимально возможное время. Аналого-цифровой преобразователь 4 циклически (например, с интервалом в 1 с) измеряет падение напряжение на образцовом резисторе R₀, включенном последовательно с терморезистором R_T (или на резисторе R₁, которые будут одинаковы, поскольку напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах операционного усилителя равны). Это напряжение будет пропорционально току, проходящему через терморезистор. Микропроцессор 5 сравнивает результаты измерений, получаемые с аналого-цифрового преобразователя за несколько последних циклов, и, если они перестают изменяться, то это означает, что измерительный мост достиг равновесия, а следовательно, терморезистор разогрет точно до температуры T₁. По измеренному падению напряжения на образцовом сопротивлении R₀ определяется величина тока, протекающего через него и через терморезистор R_T, она возводится в квадрат и умножается на первое расчетное значение сопротивления R_T1, соответствующее температуре T₁, которое хранится в памяти микропроцессора. Тем самым определяется электрическая мощность, рассеиваемая на терморезисторе при температуре T₁:P₁=

. Затем микропроцессор 5 с помощью аналогового коммутатора 3 переключает вспомогательные плечи измерительного моста (вместо R₁ и R₂ подключаются R₃ и R₄) и совершенно аналогично происходит уравновешивание измерительного моста для второй установленной температуры Т₂>T₁. По измеренному значению падения напряжения на образцовом сопротивлении R₀ определяется величина тока, протекающего через терморезистор R_T, возводится в квадрат и умножается на второе расчетное значение сопротивления R_T2, соответствующее температуре Т₂, т.е. находится мощность, рассеиваемая на терморезисторе при температуре T₂:Р₂=

. Затем по формулеThermoelectric vacuum gauge operates as follows. First, the microprocessor 5 using the analog switch 3 connects to the measuring bridge the shoulders formed by the constant resistors R ₁ and R ₂ . They are selected in such a way that the measuring bridge is balanced when the resistance value of the thermistor R _T corresponding to the first predetermined temperature T ₁ . Since at the initial moment the temperature of the thermistor is equal to the temperature in the vacuum chamber θ <T ₁ , the resistance value of the thermistor R _T will be greater than the calculated value R _T1 corresponding to the balance of the measuring bridge, and it will be unbalanced (here we consider the case of using a semiconductor thermistor with a negative temperature coefficient) . The unbalance voltage of the bridge circuit is amplified by the operational amplifier 2 and is supplied to the diagonal of the power supply of the measuring bridge. Since the gain of the operational amplifier is quite high, its output voltage tends to the maximum possible value when the measuring bridge is out of balance, and the maximum current flows through the shoulders of the measuring bridge, including through the thermistor R _T , under which the thermistor quickly heats up. But as it warms up, its resistance approaches the calculated value for the first set temperature T ₁ and the unbalance voltage of the bridge circuit decreases, which means that both the supply voltage of the bridge circuit and the current flowing through the thermistor decrease. Therefore, its temperature is set equal to the first calculated temperature in the shortest possible time. An analog-to-digital converter 4 cyclically (for example, with an interval of 1 s) measures the voltage drop across the model resistor R ₀ connected in series with the thermistor R _T (or on the resistor R ₁ , which will be the same, since the voltages at the inverting and non-inverting inputs of the operational amplifier equal). This voltage will be proportional to the current passing through the thermistor. The microprocessor 5 compares the measurement results obtained from the analog-to-digital converter for the last few cycles, and if they stop changing, this means that the measuring bridge has reached equilibrium, and therefore, the thermistor is warmed up exactly to temperature T ₁ . From the measured voltage drop across the model resistance R ₀ , the current flowing through it and through the thermistor R _T is determined, it is squared and multiplied by the first calculated value of the resistance R _T1 corresponding to the temperature T ₁ , which is stored in the microprocessor memory. This determines the electric power dissipated by the thermistor at a temperature T ₁ : P ₁ =

. Then, the microprocessor 5, using the analog switch 3, switches the auxiliary arms of the measuring bridge (R ₃ and R _{4 are} connected instead of R ₁ and R ₂ ) and the measuring bridge is balanced in the same way for the second set temperature T ₂ > T ₁ . From the measured value of the voltage drop across the reference resistance R ₀ , the current flowing through the thermistor R _T is determined, squared and multiplied by the second calculated resistance value R _T2 corresponding to the temperature T ₂ , i.e. is the power dissipated by the thermistor at a temperature T ₂ : P ₂ =

. Then according to the formula

микропроцессор рассчитывает дифференциальный коэффициент теплоотдачи терморезистора

и по хранящейся в его памяти зависимости давления от этого коэффициента определяет абсолютное давление в вакуумной камере. Кроме того, в памяти микропроцессора хранятся значения поправочных коэффициентов для ряда газов, на один из которых умножается результат, если вакуумная камера заполнена не разреженным воздухом, а одним из этих газов.microprocessor calculates the differential heat transfer coefficient of the thermistor

and the pressure dependence on this coefficient stored in his memory determines the absolute pressure in the vacuum chamber. In addition, the values of the correction factors for a number of gases are stored in the microprocessor memory, one of which multiplies the result if the vacuum chamber is filled not with rarefied air, but with one of these gases.

Статическая ошибка следящей системы, обеспечивающей разогрев терморезистора до заданной температуры, сводится к минимуму из-за достаточно большого значения коэффициента усиления операционного усилителя, и к тому же для каждой из двух фиксированных температур она остается постоянной (т.е. является систематической), а потому не влияет на погрешность всего вакуумметра.The static error of the tracking system, which ensures the heating of the thermistor to a predetermined temperature, is minimized due to the sufficiently large value of the gain of the operational amplifier, and moreover, for each of the two fixed temperatures it remains constant (i.e., is systematic), and therefore does not affect the accuracy of the entire gauge.

Литература:Literature:

1. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Пенчко Е.А. Конструирование и расчет вакуумных систем. - М.: Энергия, 1979. - 504 с.1. Pipko A.I., Pliskovsky V.Ya., Penchko E.A. Design and calculation of vacuum systems. - M .: Energy, 1979. - 504 p.

2. Эшбах Г.Л. Практические сведения по вакуумной технике. М.-Л.: Энергия, 1966. С.105-110.2. Eshbah G.L. Practical information on vacuum technology. M.-L.: Energy, 1966. S.105-110.

3. Вакуумметр сопротивления блокировочный дистанционньш ВСБД-1. - Техническое описание и инструкция по эксплуатации.3. Vacuum resistance gauge blocking distance VBSD-1. - Technical description and instruction manual.

4. SU №1599688. Теплоэлектрический вакуумметр. 1990.4. SU No. 1599688. Thermoelectric vacuum gauge. 1990.

5. RU №2104507. Теплоэлектрический вакуумметр / Лупина Б.И., 1998.5. RU No. 2104507. Thermoelectric vacuum gauge / Lupina B.I., 1998.

Claims

1. A method of eliminating the influence of environmental temperature variations in a thermoelectric vacuum gauge, based on the stabilization of heat exchange conditions of a thermistor heated by electric current with a rarefied gas surrounding it, characterized in that the electric dissipation power of the heated thermistor is measured at two different fixed temperatures of the thermistor exceeding the maximum possible temperature ambient gas, and the differential coefficient is calculated from the results of these measurements thermal scattering which is independent of the ambient gas temperature, the magnitude of which is judged on the measured pressure.

2. A thermoelectric vacuum gauge that implements the method according to claim 1, comprising a thermistor heated by electric current, placed in a chamber with a measured residual gas pressure and included in one of the arms of the measuring bridge, an exemplary constant resistor included in the adjacent arm of the measuring bridge, auxiliary constant resistors, forming auxiliary shoulders of the measuring bridge, an analog switch and an operational amplifier connected to the measuring diagonal of the bridge, characterized in that it additionally An analog-to-digital converter, a microprocessor, a digital indicating device, and an interface device are provided, with the help of an analog switch, one of two auxiliary branches, which are formed by two pairs of constant resistors, the values of which are alternately connected to the branch of the measuring bridge formed by the heated thermistor and the model resistor are selected so that the bridge is balanced in turn at two different temperatures, exceeding the maximum possible ambient temperature In the same environment, the output of the operational amplifier is connected to the diagonal of the power supply to the measuring bridge so that a change in the supply voltage caused by its imbalance leads to its balancing due to a change in the heating current of the thermistor, the input of the analog-to-digital converter is connected to the model resistor, its output to the signal microprocessor input, the first control output of the microprocessor is connected to the control input of the analog switch, the second control output to the control input of analog-digital th converter, and a digital output signal - a digital-indicator device and the interface device.