電阻真空計(jì)測(cè)量線路的三種模式
實(shí)用的電阻真空計(jì)測(cè)量線路常采用惠氏電橋或文氏電橋。根據(jù)測(cè)量熱絲電阻變化的方法不同,可分為三種模式:
(1)定電壓法:保持電橋兩端電壓不變,觀察失平衡電流與壓力的關(guān)系。
(2)定電流法:保持熱絲電流(或電橋電流)不變,觀察失平衡電壓與壓力的關(guān)系。
(3)定電阻法(即定溫度法):在任何壓力下都用改變電橋電壓的方法,保持電橋于平衡狀態(tài)。電橋電壓與壓力的關(guān)系即為校準(zhǔn)曲線。在此方法中,熱絲電阻及其溫度基本為定值,具有熱輻射及邊桿導(dǎo)熱均為恒定的優(yōu)點(diǎn)。
在以上三種模式中,常用的是定電壓法和定溫度法。
定壓型電阻真空計(jì)的測(cè)量線路原理如圖4-4所示。此乃一惠氏電橋,規(guī)管Rw為電橋一臂,其鄰臂有一個(gè)補(bǔ)償管Rc,以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。補(bǔ)償管Rc的結(jié)構(gòu)尺寸與規(guī)管 Rw相同,并預(yù)先抽真空至10-2~10-4 Pa后封離。由于Rc與Rw性能一致,且兩者處于電橋相鄰兩臂,因此環(huán)境溫度的影響相互抵消,在指示儀表CB中反映不出來。電橋其他兩臂由電阻R1、R2及可變電阻Rv組成,電橋由可調(diào)穩(wěn)壓電源E供電。此真空計(jì)一般在高真空下用可變電阻Rv調(diào)節(jié)電橋平衡,即調(diào)零點(diǎn)。
圖4-4 定電壓型電阻真空計(jì)測(cè)量線路原理圖
當(dāng)規(guī)管內(nèi)的壓力變化時(shí),由于被氣體傳導(dǎo)走的熱量不同于開始時(shí)的平衡狀態(tài),因而熱絲的溫度發(fā)生變化,引起其電阻值改變,電橋失去平衡。壓力的變化由指示儀表CB讀出,CB指示的電流值與壓力的關(guān)系,通過校準(zhǔn)曲線給出。規(guī)管熱絲用半徑r1 =0.01mm的鎢絲繞制成圓柱螺旋形,其室溫下電阻Rw =200Ω。由于各種氣體的導(dǎo)熱系數(shù)不同,因此,對(duì)不同種類氣體的校準(zhǔn)曲線是不同的。
定壓型測(cè)量線路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;不足之處是電橋電壓是固定的,故在壓力高時(shí)由于氣體導(dǎo)熱快,熱絲溫度降低,導(dǎo)致規(guī)管靈敏度下降,測(cè)量高于100Pa的壓力就甚為困難。實(shí)際上,定電壓型測(cè)量線路的測(cè)量上限并未達(dá)到規(guī)管的理論值(即λ≈r1所對(duì)應(yīng)的壓力)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為為了保證高壓力時(shí)有較高的靈敏度,必須使熱絲此時(shí)處于足夠高的溫度,然而在壓力變低時(shí)它的溫度將增高到有可能使熱絲氧化或燒毀的程度。
圖4-5 定溫型電阻真空計(jì)測(cè)量線路原理圖
定溫型電阻真空計(jì)測(cè)量線路原理圖如圖4-5所示。其工作原理是:先在10-2~10-3 Pa真空度時(shí),將電橋調(diào)于一定的電壓V0(使熱絲溫度為一定值);改變電阻Rv使電橋平衡,即指示儀表CB指向零;當(dāng)壓力增高時(shí),熱損耗大,熱絲溫度降低,電阻變小,電橋失去平衡,CB有指示;再增高電橋輸入電壓至V使電橋再次平衡,則熱絲溫度及電阻回復(fù)原值。
文氏橋定溫型電阻真空計(jì)測(cè)量線路原理圖如圖4-6所示,電橋采用一種文氏交流電橋電路。R1、C1,R2、C2,R3和規(guī)管Rw為電橋四臂。K~為交流振蕩器,其輸出交流電壓V施加于電橋A端與地間,并對(duì)規(guī)管熱絲加熱。振蕩器的頻率決定于下式
頻率一般選在1~10kHz,以減小分布電容及機(jī)械振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。加于熱絲上的電功率Pw視V、R3、Rw值而定,即
圖4-6 文氏橋定溫型電阻真空計(jì)測(cè)量線路原理圖
熱絲保持定溫的原理如下:當(dāng)規(guī)管壓力降低時(shí),氣體導(dǎo)熱減少,熱絲溫度升高,Rw 增大。真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為此時(shí)振蕩器從電橋?qū)蔷即M、N兩點(diǎn)輸入的電壓 V1降低,使得放大器輸出電壓 V降低,從而熱絲加熱功率降低,直至恢復(fù)原來溫度為止。反之,如果氣體壓力升高,則出現(xiàn)相反的過程,亦能將熱絲溫度恢復(fù)原值。
文氏橋定溫型電阻真空計(jì)壓力測(cè)量上限可達(dá)1×103~1×104Pa,反應(yīng)時(shí)間較短,一般為1~5s;但低壓力下的靈敏度比定壓型電阻真空計(jì)低,測(cè)量下限一般為1×10-1 Pa;測(cè)量線路比較復(fù)雜。