CH657703A5

CH657703A5 - Verfahren zum messen eines vakuums mittels waermeleitung nach pirani und vakuummeter zu dessen ausfuehrung.

Info

Publication number: CH657703A5
Application number: CH445782A
Authority: CH
Inventors: Guenter Dr Reich
Original assignee: Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg
Priority date: 1981-08-08
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1986-09-15
Also published as: FR2511152B1; JPS5830633A; FR2511152A1; GB2105472A; DE3131506A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen eines Vakuums mittels Wärmeleitung nach Pirani gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Vakuummeter zur Ausführung dieses Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Bei den sogenannten geregelten Wärmeleitungs-Vakuum-metern nach Pirani ist ein Messdraht in eine Wheatsto-ne'sche Brücke geschaltet. Die an dieser Brücke liegende Speisespannung wird so geregelt, dass der Widerstand und damit die Temperatur des Messdrahtes unabhängig von der Wärmeabgabe konstant ist. Das bedeutet, dass die Brücke immer abgeglichen ist. Diese Regelung hat eine Zeitkonstante von wenigen Millisekunden, so dass die Geräte sehr schnell auf Druckänderungen reagieren. Da der Wärmeübergang vom Messdraht auf das Gas mit zunehmendem Druck zunimmt, ist die an der Brücke anliegende Spannung ein Mass für den Druck. Neben der kleinen Einstellzeit haben s geregelte Wärmeleitungs-Vakuummeter nach Pirani noch den Vorteil eines relativ grossen Messbereichs. Aufgrund dieser Vorteile werden Wärmeleitungs-Vakuummeter dieser Art bevorzugt zur Steuerung von Drücken oder für Drucküberwachungsaufgaben herangezogen. Dazu ist es häufig io erforderlich, zwischen dem Druckaufnehmer (der Messbrücke mit der Messröhre) und dem Versorgungsgerät, das u. a. den Verstärker für die Erzeugung der geregelten Brük-kenspannung enthält, relativ lange und — je nach den örtlichen Verhältnissen — unterschiedliche Messkabel vorzu-ls sehen.

Dadurch besteht die Gefahr einer unerwünschten Verfälschung der Druckanzeige, da diese nur dann unverfälscht wiedergegeben wird, wenn der Leitungswiderstand klein ist gegen den gesamten Widerstand der Messbrücke.

20 Dieser Nachteil ist bekannt, und man hat ihn schon durch eine Anordnung von zwei zusätzlichen Messleitungen zur hochohmigen Messung der unmittelbar am Messsystem anliegenden Spannung zu beseitigen versucht. Dadurch ist jedoch ein zusätzlicher Aufwand notwendig. Ausserdem ist eine solche Massnahme störempfindlich. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe eines dem Anzeigegerät vorgelagerten Spannungsteilers einen Kabellängenausgleich vorzunehmen. Nachteilig an dieser Massnahme ist, dass der Abgleich erst nach Inbetriebnahme des Messgerätes mit einem bestimmten Kabel vorgenommen werden kann, was bei jeder örtlichen Veränderung die Anwesenheit von qualifiziertem Fachpersonal voraussetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und ein für die Ausführung dieses Verfahrens geeignetes Vakuummeter vorzuschlagen, bei denen die Messgrösse unabhängig von Lei-tungs- und Kontaktwiderständen ist.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass 40 der infolge der geregelten Speisespannung fliessende Brük-kenspeisestrom als Mass für eine Druckanzeige verwendet wird. Eine derartige Messgrösse ist unabhängig von Leitungsund Kontaktwiderständen. Ausserdem hat diese Lösung nicht die Nachteile der oben erwähnten, vorbekannten Vor-45 schläge zur Beseitigung von Verfälschungen der Druckanzeige.

Eine weitere zweckmässige Verfahrensmassnahme besteht darin, dass die Energieversorgung eines zumindest die Messröhre, die Bauteile der Wheatstone'schen Brücke und die so Bauteile eines Verstärkers umfassenden Druckaufnehmers ebenfalls über den Brückenspeisestromkreis erfolgt.

Dadurch kann auf ein vier getrennte Leiter enthaltendes Kabel zwischen dem Druckaufnehmer und einem Versorgungs- und Anzeigegerät verzichtet werden. Dieses in Druck-55 überwachungs- oder Drucksteuerungsfällen häufig sehr lange Kabel benötigt dann nur noch zwei Leiter.

Ein für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignetes Vakuummeter der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass in einen Teil des Brückenspei-60 sestromkreises, der innerhalb des Versorgungs- und Anzeigegerätes liegt, eine Strommess- und Stromanzeigevorrichtung geschaltet ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausfüh-65 rungsbeispielen erläutert werden. Alle — stark schematisierten — Figuren zeigen jeweils links einen Druckaufnehmer 1 und rechts ein Versorgungs- und Anzeigegerät 2 (gestrichelt dargestellt). Beide Teile sind durch ein je nach

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Anwendungsfall unterschiedlich langes Kabel 3 miteinander verbunden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 umfasst der Druckaufnehmer 1 eine Messröhre 4, deren Innenraum mit einem nicht dargestellten Rezipienten verbunden ist, in dem der Druck z. B. zu steuern oder zu überwachen ist.

Innerhalb der Messröhre 4 befindet sich ein Messdraht 5, der in eine Wheatstone'sche Messbrücke 6 mit weiteren Widerständen 7, 8,9 geschaltet ist. Im Druckaufnehmer 1 befindliche Leitungsabschnitte 11 und 12 sind Bestandteile des Brüclcenspeisestromkreises. Leitungsabschnitte 13 und

14 dienen der Übertragung von Brückenspannungsschwankungen zu einem Verstärker 15.

Ein Verstärker 15 (Regelverstärker) ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Bestandteil eines Versorgungs- und Anzeigegerätes 2. Deshalb ist ein Verbindungskabel 3 vieradrig ausgebildet. Leitungsabschnitte 16 und 17 bilden den im Versorgungs- und Anzeigegerät liegenden Teil des Brük-kenspeisestromkreises. In den Leitungsabschnitt 17 ist ein Amperemeter 10 geschaltet. Bei innerhalb der Messröhre 4 auftretenden Druckänderungen ändert sich der im Brückenspeisestromkreis fliessende Strom, der vom Amperemeter 10 angezeigt wird und ein direktes Mass für den dort herrschenden Druck ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zum einen dadurch, dass der Verstärker 15 Bestandteil des Druckaufnehmers 1 ist. Dadurch ist es zwar nicht mehr erforderlich, die auftretenden Brückenspannungsschwankungen aus dem Druckaufnehmer herauszuführen. Dennoch ist das Kabel 3 wieder vieradrid ausgebildet, da die Spannungsversorgung für den Verstärker 15 (Spannungsquelle 21) im Versorgungs- und Anzeigegerät liegt. Die Spannungsquelle 21 ist über das Kabel 3 und Leitungsabschnitte 22 und 23 an den Verstärker

15 angeschlossen. Ein weiterer Unterschied gegenüber Fig. 1 besteht darin, dass das Amperemeter 10 durch einen Widerstand 18 und ein den Widerstand 18 überbrückendes Spannungsmessgerät 19 ersetzt ist. Das Gerät 19 zeigt die über dem Widerstand 18 abfallende Spannung an. Diese Anzeige entspricht ebenfalls dem im Leitungsabschnitt 17 fliessenden Strom und kann deshalb als Druckmesswert herangezogen werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Verstärker 15 ebenfalls Bestandteil des Druckaufnehmers 1. Um hierbei ein Verbindungskabel 3 mit nur zwei Adern verwenden zu können, sind zumindest Teile des Brüclcenspeisestromkreises s und des Versorgungsstromkreises identisch.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 befindet sich im Versorgungs- und Anzeigegerät 2 ein Teilstromkreis 25, in den der Widerstand 18 und die Speisespannungsquelle 21 geschaltet sind. Dieser Stromkreis setzt sich im Druckaufnehmer 1 mit Leitungsabschnitten 26 und 27 fort. Diese.sind von einem Spannungskonstanthalter 28 überbrückt, dessen Ausgang über einen Leitungsabschnitt 29 zum Verstärker 15 führt und diesen mit konstanter Spannung versorgt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ausserdem ein im Brückenspeisestromkreis liegender Transistor 31 dargestellt, dessen Basis über eine Leitung 32 mit dem Ausgang des Verstärkers 15 verbunden ist. Der Transistor 31 bildet den veränderlichen Widerstand im Brückenspeisestromkreis, mit welchem der ständige Abgleich der Wheatstone'schen Brücke 6 erreicht wird. Die bei unterschiedlichen Drücken innerhalb der Messröhre 4 auftretenden Stromschwankungen in dem vom Teilstromkreis 25 und von den Leitungsabschnitten 26 und 27 gebildeten Brückenspeisestromkreis verursachen wieder unterschiedliche Spannungsabfälle über dem Widerstand 18, so dass am Anzeigegerät 19 der interessierende Druck abgelesen werden kann. Anstelle des Anzeigegerätes 19 können natürlich auch weitere elektronische Mittel vorgesehen sein, die beliebige Steuerungen oder Regelungen ver-3# anlassen.

Zusätzlich sind im Brückenspeisestromkreis des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 noch Schutzbarrieren 33 und 34 eingeschaltet, die ebenfalls Bestandteil des Druckaufnehmers 1 sind. Der Zweck dieser Schutzelemente ist eine explosionssichere Betriebsweise des Druckaufnehmers. Die Schutz-elemente können z.B. von Zener-Dioden gebildet werden, welche die Eigenschaft haben, möglicherweise auftretende, zu Funken führende Leistungsschwankungen nach oben zu begrenzen. Es besteht auch die Möglichkeit, diese Schutzelemente 33 und 34 im ausserhalb des Druckaufnehmers 1

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befindlichen Teil des Brückenspeisestromkreises anzuordnen, also z.B. im Betriebsgerät 2.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

657 703 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Messen eines Vakuums mittels Wärmeleitung nach Pirani, bei welchem ein in einer Brückenschaltung angeordneter Messdraht verwendet wird und die Brük-kenspeisespannung derart geregelt wird, dass der Widerstand und damit die Temperatur des Messdrahtes unabhängig von der Wärmeabgabe konstant sind, dadurch gekennzeichnet, dass der infolge der geregelten Speisespannung fliessende Brückenspeisestrom als Mass für eine Druckanzeige verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung eines der Brückenschaltung innerhalb eines Druckaufnehmers zugeordneten Verstärkers über den Brückenspeisestromkreis vorgenommen wird.

3. Vakuummeter zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem die Brückenschaltung (6) mit dem Messdraht (5) enthaltenden Druckaufnehmer (1) und einem Versorgungs- und Anzeigegerät (2), dadurch gekennzeichnet, dass in einen Teil ( 17 ; 25) des Brückenspeisestrom-kreises (11,12,16,17 ; 25,26,27), der innerhalb des Versor-gungs- und Anzeigegeräts (2) liegt, eine Strommess- und Stromanzeigevorrichtung (10;18,19) geschaltet ist.

4. Vakuummeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommess- und Stromanzeigevorrichtung ein Amperemeter (10) ist.

5. Vakuummeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommess- und Stromanzeigevorrichtung einen in den genannten Teil (17 ; 25) des Brückenspeisestrom-kreises ( 11,12,17 ; 25,26,27) geschalteten Widerstand (18) und ein dem Widerstand (18) zugeordnetes Gerät (19) zur Anzeige der über den Widerstand (18) abfallenden Spannung enthält.

6. Vakuummeter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufnehmer (1) die Bauteile einer Wheatstone'schen Brücke (6) einschliesslich einer Messröhre (4) sowie die Bauteile eines Verstärkers (15) umfasst.

7. Vakuummeter nach Anspruch 6, bei welchem die Energieversorgung des Verstärkers (15) über den Brückenspeisestromkreis (25,26,27) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufnehmer (1) elektronische Mittel (28) zur Konstanthaltung der Versorgungsspannung für den Verstärker (15) aufweist.

8. Vakuummeter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Verstärkers mit der Basis eines in den Brückenspeisestromkreis (26,26,27) geschalteten Transistors (31) verbunden ist.

9. Vakuummeter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Brückenspeisestromkreis (25,26,27) Schutzbarrieren (33,34) geschaltet sind.