電阻真空計(jì)測量線路的三種模式
實(shí)用的電阻真空計(jì)測量線路常采用惠氏電橋或文氏電橋。根據(jù)測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)測量線路原理圖
當(dāng)規(guī)管內(nèi)的壓力變化時,由于被氣體傳導(dǎo)走的熱量不同于開始時的平衡狀態(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,對不同種類氣體的校準(zhǔn)曲線是不同的。
定壓型測量線路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單;不足之處是電橋電壓是固定的,故在壓力高時由于氣體導(dǎo)熱快,熱絲溫度降低,導(dǎo)致規(guī)管靈敏度下降,測量高于100Pa的壓力就甚為困難。實(shí)際上,定電壓型測量線路的測量上限并未達(dá)到規(guī)管的理論值(即λ≈r1所對應(yīng)的壓力)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)認(rèn)為為了保證高壓力時有較高的靈敏度,必須使熱絲此時處于足夠高的溫度,然而在壓力變低時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)測量線路原理圖
定溫型電阻真空計(jì)測量線路原理圖如圖4-5所示。其工作原理是:先在10-2~10-3 Pa真空度時,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,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)械振動對測量的影響。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,氣體導(dǎo)熱減少,熱絲溫度升高,Rw 增大。真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)認(rèn)為此時振蕩器從電橋?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)壓力測量上限可達(dá)1×103~1×104Pa,反應(yīng)時間較短,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,測量下限一般為1×10-1 Pa;測量線路比較復(fù)雜。