毕业设计（论文）
成都电子机械高等专科学校
二00八年六月
第一章 热偶真空计原理
1.1 规管原理
热电偶真空计是利用气体分子的热传导现象,热电偶接在白金或钨的细线上。这段细线通过电流后会发热。发出的热量通过周围气体分子的热传导,或细线本身的固体热传导,或热辐射放出。利用气体分子承担的热传导量与压力成正比的特点是此真空计的原理。热偶真空计是由热偶真空规管Ⅰ和测量电路Ⅱ所组成。热偶规管是由热丝、热偶丝、玻壳组成。
如果保持细线的发热量即保持一定的电流,则周围压力高的时候气体夺走的热量较多,致使细线的温度较低。反过来周围压力低的时候细线的温度会升高。这种温度的变化通过热电偶检测出来,将热电偶的起电力换成压力之后即可知真空腔内的压力。
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特征：利用气体分子的热传导现象,可能测量的压力范围在1-300Pa之间。热电偶真空计测得细线温度同时,也受到细线本身的固体热传导和热辐射放热的影响。因此精度不高。但是电路简单,价格低廉
另外其传导元件用镍铜合金在此真空计在大气压状态下也不会烧损一致于损坏电路。而且测得的压力值通过电信号被取出,因此在自动控制方面容易控制。 其工作过程可用简明符号来表示：
P度↑→分子↓→Q↓分子从热丝上带走热量→TA↑→△T↑(TA-TB)→E↑热电势，也可以归纳出E↑→P度↑。 热偶真空计对热丝、热偶丝的要求：
对规管热丝只要求在工作温度（100-200℃）和较高压强下具有足够的物理和化学稳定性和较小的电阻稳温度系数（随温度变化其电阻值变化要小），常用的有φ0.05-0.1mm的铂丝、钨丝和镍丝，工作加热电流在0.1-0.5A。若用铂丝，尺寸为φ0.08×2705mm。
对热偶丝的要求是在上述工作温度范围内具有足够的灵敏度和物理化学稳定性。常用是的材料有康铜（镍43%；铜57%）-镍鉻合金（镍80%+鉻20%）、铂铑-铂、铜-康铜。镍鉻合金—、鏑-铋等。若用康铜-镍鉻丝其尺寸要求为φ0.05×25mm。
热偶真空计分为：定流式和定温式
复杂规管（传感器）有4根线，如图1-1所示：
图1-1 热电偶原理图
定流式热偶真空计：就是（1）（2）脚加的电流I保持恒定不变，被测量空间的真空度变化，传感元件镍铜合金的温度发生变化，（3）（4）脚两端的电压也就发生变化。通过（3）（4）脚电压变化来反应真空度的变化。
定流式热偶真空计的缺点就是测量范围太小，当真空度103Pa时镍铜合金几乎达到饱和状态（3）（4)脚电压基本不再变化。如图1-2所示：
图1-2 测量范围图
定温式热偶真空计：在真空变化时使镍铜合金的温度保持不变就要给镍铜合金（1）（2）脚加一个补偿电流，通过对补偿电流取样的大小来反应真空度的变化。 定温式热偶真空计的优点是测量范围宽，可测量10-1～105Pa的真空度。如图1-3所示：
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图1-3 测量范围图
1.2设计思路
针对上述要求而研制的本真空计是采用定温式电路和MCS-51系列单片机来完成。它具有以下特点:
1.采用了光电隔离技术、数字滤波技术,和非线性参数及测量误差的修正技术,提高了测量精度和稳定性以及抗干扰能力。LED数字显示。 2、测量范围宽，稳定可靠。
3、带两个气体压强的定值点或区域控制的开关量输出信号及输出状态的指示。
4、具有并行和串行通讯口输出的功能及与其真空度相对应的0～5V模拟输出，供用户提出选择。 5、通过触摸开关输入的预置参数掉电后永久保存。 主要技术指标
1.测量与控制范围：1.0×105～1.0×10-1Pa 2、测量误差：≤15%（每量程） 3.控制精度：≤3% 4.配用规管：ZJ-54D 5.采样时间: 1S 6.模拟输出信号: 0～5V
7.控制继电器触点容量: AC220V/3A 8.供电: AC50Hz 220V±10% / 20W 9.使用环境： 温度0~40℃ ，湿度≤95% 定温式原理
定温式热偶真空计是利用热传导现象来测量气体压强的,它是用热偶规管、供电系统、保护电路、A / D 变换器和单片机系统所组成。如工作原理框图所示。热偶规管由加热丝及热电偶所组成。供电系统的供电使加热丝温度恒定不变,在低真空（1～103）内，根据气体分子热传导能力越小，真空度就越高的现象，即可把真空度反映出来。在1～103托的压强范围内，真空度越高，说明气体分子就越少，所以气体分子从热丝上带走的热量就越少。取其电流 I 值作为补偿参数。由此可得 I 是气体压强 P 的函数。即 :
I=f（ Pa ）.
测量其加热丝 I 的值。反映气体压强的 Ｉ 的值经高精度放大器放大,经转换给 A / D 变换后送单片机系统进行数据处理,输出各种控制信号及串行和并行的通讯信号, 并以指数形式显示相应的测量真空度值、输出与真空度相对应的 0～5V 模拟量的输出。
为了使仪器工作稳定可靠,电路采取了慢起动,过温和过流保护等功能措施。
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当被测系统的气体压强低于预置下限定值时,继电器动作,高于预置的上限定值时,继电器复位,输出开关量信号，并设置了其输出状态的指示。 微机型定温式热偶真空计工作原理框图如图1-4所示：
图1-4 原理框图
1.3分步描述 1.3.1 慢启动电路
①电路图如图1-5所示：
图1-5 慢启动电路原理图
②原理描述：
当开机一瞬间，电容C6两端电压不突变，Q2基极电压为0，Q2截止。R23上端电压为0，随着C6充电时间增加，R23上的电压不断增加。LM317的12脚间电压恒定为1.25V。随着C6充电时间的增加，317的2脚电压从1.25V开始不断增加。C6充满，317的2脚电压保持为12.5V，电路稳定。
1.3.2 定温电路
①电路图如图1-6所示：
图1-6 定温电路原理图
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