电阻真空计测量线路的三种模式

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  实用的电阻真空计测量线路常采用惠氏电桥或文氏电桥。根据测量热丝电阻变化的方法不同,可分为三种模式:

  (1)定电压法:保持电桥两端电压不变,观察失平衡电流与压力的关系。

  (2)定电流法:保持热丝电流(或电桥电流)不变,观察失平衡电压与压力的关系。

  (3)定电阻法(即定温度法):在任何压力下都用改变电桥电压的方法,保持电桥于平衡状态。电桥电压与压力的关系即为校准曲线。在此方法中,热丝电阻及其温度基本为定值,具有热辐射及边杆导热均为恒定的优点。

  在以上三种模式中,常用的是定电压法和定温度法。

  定压型电阻真空计的测量线路原理如图4-4所示。此乃一惠氏电桥,规管Rw为电桥一臂,其邻臂有一个补偿管Rc,以进行温度补偿。补偿管Rc的结构尺寸与规管 Rw相同,并预先抽真空至10-2~10-4 Pa后封离。由于Rc与Rw性能一致,且两者处于电桥相邻两臂,因此环境温度的影响相互抵消,在指示仪表CB中反映不出来。电桥其他两臂由电阻R1、R2及可变电阻Rv组成,电桥由可调稳压电源E供电。此真空计一般在高真空下用可变电阻Rv调节电桥平衡,即调零点。

定电压型电阻真空计测量线路原理图

图4-4 定电压型电阻真空计测量线路原理图

  当规管内的压力变化时,由于被气体传导走的热量不同于开始时的平衡状态,因而热丝的温度发生变化,引起其电阻值改变,电桥失去平衡。压力的变化由指示仪表CB读出,CB指示的电流值与压力的关系,通过校准曲线给出。规管热丝用半径r1 =0.01mm的钨丝绕制成圆柱螺旋形,其室温下电阻Rw =200Ω。由于各种气体的导热系数不同,因此,对不同种类气体的校准曲线是不同的。

  定压型测量线路的优点是结构简单;不足之处是电桥电压是固定的,故在压力高时由于气体导热快,热丝温度降低,导致规管灵敏度下降,测量高于100Pa的压力就甚为困难。实际上,定电压型测量线路的测量上限并未达到规管的理论值(即λ≈r1所对应的压力)。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为为了保证高压力时有较高的灵敏度,必须使热丝此时处于足够高的温度,然而在压力变低时它的温度将增高到有可能使热丝氧化或烧毁的程度。

定温型电阻真空计测量线路原理图

图4-5 定温型电阻真空计测量线路原理图

  定温型电阻真空计测量线路原理图如图4-5所示。其工作原理是:先在10-2~10-3 Pa真空度时,将电桥调于一定的电压V0(使热丝温度为一定值);改变电阻Rv使电桥平衡,即指示仪表CB指向零;当压力增高时,热损耗大,热丝温度降低,电阻变小,电桥失去平衡,CB有指示;再增高电桥输入电压至V使电桥再次平衡,则热丝温度及电阻回复原值。

电阻真空计测量线路的三种模式

  文氏桥定温型电阻真空计测量线路原理图如图4-6所示,电桥采用一种文氏交流电桥电路。R1、C1,R2、C2,R3和规管Rw为电桥四臂。K~为交流振荡器,其输出交流电压V施加于电桥A端与地间,并对规管热丝加热。振荡器的频率决定于下式

电阻真空计测量线路的三种模式

  频率一般选在1~10kHz,以减小分布电容及机械振动对测量的影响。加于热丝上的电功率Pw视V、R3、Rw值而定,即

文氏桥定温型电阻真空计测量线路原理图

图4-6 文氏桥定温型电阻真空计测量线路原理图

  热丝保持定温的原理如下:当规管压力降低时,气体导热减少,热丝温度升高,Rw 增大。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为此时振荡器从电桥对角线即M、N两点输入的电压 V1降低,使得放大器输出电压 V降低,从而热丝加热功率降低,直至恢复原来温度为止。反之,如果气体压力升高,则出现相反的过程,亦能将热丝温度恢复原值。

  文氏桥定温型电阻真空计压力测量上限可达1×103~1×104Pa,反应时间较短,一般为1~5s;但低压力下的灵敏度比定压型电阻真空计低,测量下限一般为1×10-1 Pa;测量线路比较复杂。

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