電阻真空規的概述
發布時間:2019-05-07 19:12:35 | 人感興趣 | 評分:3 | 收藏:
電阻真空規是皮拉尼在1906年發明的,故又稱皮拉尼規。這種規的熱絲溫度是隨壓力而變化的,由于溫度的改變導致熱絲電阻的變化,用測量電阻的變化來測量真空度。此規要求熱絲具有大的電阻溫度系數,以提高靈敏度;還要求熱絲具有良好的化學穩定性,以減少零點漂移。
表11-3列出了一些金屬的電阻溫度系數。
定溫型電阻規的工作原理是,保持熱絲溫度不變,當壓力變化時,熱絲的加熱功率隨之變化,調節電阻Rv,以保持惠斯登電橋平衡(電流表G指示零),從而保持規管熱絲溫度恒定。借助電阻值的改變來測量真空度(圖11-23)。
定溫型電阻規的靈敏度穩定,其測量上限壓力可到10^5Pa;但由于電表精度、室溫變化、零點漂移等因素影響,此類電阻規的測量下限約為10^-1Pa,定溫型電阻規的特點是量程寬,反應時間快,但是自動維持熱絲溫度恒定的電子學線路比較復雜。圖11-24是定溫型電阻規的校準曲線。
定電壓型和定電流型電阻規沒有本質的區別。圖11-25中R1是電源的內阻。R是規管熱絲電阻。
如果R1《R,就是定電壓型。當壓力增大時,氣體熱傳導增大,導致熱絲溫度下降、電阻R下降。由于電壓不變,R下降使電流I變大,使絲溫下降稍稍變緩,這樣靈敏度雖然變壞,但可拓寬量程。
如果R1《R,就是定電流型。當壓力增大時,氣體熱傳導增大,導致熱絲溫度下降和電阻R下降,但是此時電流I保持不變。與定電壓型相比,定電流型絲溫下降更快,故其靈敏度較高。
這類電阻規的測量線路與定溫型電阻規相同(圖11-23),但此時惠斯登電橋是工作在非平衡狀態,輸出信號由電流表G指示。這類電阻規使用方便,已被廣泛應用。在較高的壓力下,由于熱絲溫度下降過多,使得這類電阻規的測量上限僅為0.1Pa左右。又由于輻射傳熱量( QR)、引線傳熱量(QL)、熱絲表面狀態的變化、規管壁溫度波動和電流表靈敏度不高等因素的影響,這類電阻規的測量下限約為10^-1Pa。如能穩定規管壁溫度或采用結構相同的補償規管,則測量下限可擴展到10^-2Pa。
圖11-26給出電阻規的定溫特性和定電流特性。該規玻璃泡殼內徑為15mm,熱絲為直徑25μm長100mm的鉑金絲。
對熱傳導規的改進和發展,主要在擴展量程和提高反應速度兩個方面。
例如,一種單晶半導體的熱傳導規采用了微電子學的制造工藝,在薄的硅單晶片上用固態擴散法形成電阻網絡。這種電阻網絡的表面積較大.性能參數穩定,使此規量程擴展為10^5Pa~10^- 3Pa,克服了一般熱敏電阻規表面積小、性能參數不穩定和制作工藝困難等缺點。
又如一種更新的超低噪聲皮拉尼規,其量程約1Pa—6.7×10^-7Pa.壓力和輸出訊號呈線性關系,對氮氣的靈敏度為0.029V/Pa,反應時間為10s(99%穩定值),漂移為6.7×10-7Pa/min。此規主要特點是:①采用鍍金的鎢絲為熱絲,熱絲的直徑為0.01mm,長為100mm。熱絲點焊在鉑環上,鉑環緊套在與玻璃封接的鉬引線上。為了消除鎳一鉬間大的熱電動勢,所以管外引線不用鎳,而選用鉬—銀一銅絲連接。熱絲溫度為220℃;②測量用規管和補償用規管需經仔細挑選,使兩者的結構和性能盡可能一致。兩支規管均放入300K的恒溫水浴中,再用泡沫聚苯乙烯盒把規管(包括水浴)和電橋電路包裹起來;③采用非常靈敏的電子檢流計進行連續記錄。
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