新型寬量程熱偶真空計(jì)的研制

【摘 要】 本文介紹了伺服液位計(jì)工作原理及其優(yōu)點(diǎn)，重點(diǎn)列舉和分析了錦西石化公司在罐區(qū)計(jì)量過(guò)程中使用伺服液位計(jì)所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。提出伺服液位計(jì)在選型、安裝過(guò)程中要注意的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】 伺服液位計(jì) 安裝 測(cè)量 選型

新型寬量程熱偶真空計(jì)由熱偶真空規(guī)管和新型配套電源組成。規(guī)管選用了ZJ-54D型熱偶真空規(guī)管，電源為最新研制的擴(kuò)流型恒流源電源。該計(jì)與通常的單一恒流源電源熱偶真空計(jì)相比測(cè)量范圍有了很大提高。通常的熱偶真空計(jì)測(cè)量范圍是從300Pa～0.1Pa，這款真空計(jì)測(cè)量范圍可擴(kuò)展到100000Pa～0.1Pa。本真空計(jì)可供更多場(chǎng)合使用。

熱偶真空規(guī)管的基本原理是依據(jù)分子平均自由程長(zhǎng)于特征尺寸時(shí)，氣體熱傳導(dǎo)與真空度存在相關(guān)性。規(guī)管的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1

圖1中F為加熱絲，J為由兩種不同金屬組成的一支小熱電偶，O為結(jié)點(diǎn)。當(dāng)熱絲通過(guò)一定的電流時(shí)，使其結(jié)點(diǎn)溫度高于周?chē)鷼怏w和規(guī)管外殼溫度，熱絲與規(guī)管外殼間便可發(fā)生氣體熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，熱絲的結(jié)點(diǎn)溫度與氣體熱傳導(dǎo)有關(guān)，通過(guò)熱電偶測(cè)得結(jié)點(diǎn)溫度即輸出一電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)即對(duì)應(yīng)一定的真空度。如果將規(guī)管預(yù)先用一定的方法進(jìn)行了校準(zhǔn)，便可反過(guò)來(lái)由熱絲的溫度來(lái)確定真空度。通過(guò)這一相關(guān)現(xiàn)象規(guī)管生產(chǎn)廠給出了加熱電流在30mA條件下，300Pa～0.1Pa的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)表對(duì)照表（如表1）。

表1

如按表1生產(chǎn)通常的定流型熱偶真空計(jì)，其測(cè)量范圍只能測(cè)得300Pa～0.1Pa。為了使ZJ-54D型熱偶規(guī)管能測(cè)得更寬的真空范圍，有些電源生產(chǎn)廠采用了定溫式電源，即保持熱絲溫度不變，當(dāng)被測(cè)量的真空度發(fā)生變化時(shí)，電源要隨之改變加熱功率使之熱絲保持原來(lái)預(yù)定的溫度。另一部分電子線(xiàn)路，通過(guò)測(cè)量變化的加熱功率來(lái)測(cè)得相對(duì)應(yīng)的真空度。定溫式電源能夠得到量程的擴(kuò)展，但是電子線(xiàn)路比較復(fù)雜，生產(chǎn)和維護(hù)成本要比定流式電源高很多。筆者仍采用規(guī)管生產(chǎn)廠推薦的定流方式，通過(guò)擴(kuò)流方法使測(cè)量范圍得到大幅度提高。首先挑選出二十只離散性小于標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)表10%的ZJ-54D型規(guī)管。再對(duì)20只規(guī)管分別做了加熱電流為60mA、80mA、100mA和120mA不同條件下熱絲和結(jié)點(diǎn)溫度變化的試驗(yàn)。然后再經(jīng)過(guò)在各種不同加熱能量情況下，用本省一等真空標(biāo)準(zhǔn)裝置和誤差小于5%的美國(guó)MKS公司生產(chǎn)的薄膜真空計(jì)，對(duì)規(guī)管進(jìn)行了從100000Pa～0.1Pa的寬范圍的測(cè)試。最后得出了擴(kuò)展量程的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。表2是加熱電流80mA時(shí)的曲線(xiàn)對(duì)照表，表3是加熱電流100mA時(shí)的曲線(xiàn)對(duì)照表。

表2

表3

在擴(kuò)展電流標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上。筆者仍采用定流式電源，與通常的定流式電路基本相同，只增加一個(gè)電阻R和繼電器J即組成了新型寬量程熱電偶真空計(jì)。圖2為該真空計(jì)原理框圖。

圖2

該電子線(xiàn)路中在原有的單片機(jī)基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一位單片機(jī)接口P1.0。用P1.0接口驅(qū)動(dòng)一繼電器，使擴(kuò)展電流電阻R在不同真空度情況下實(shí)現(xiàn)電流的變換。在測(cè)量中真空度在300Pa～0.1Pa范圍時(shí)，本電源在硬件上用通常的電子線(xiàn)路，軟件上仍用規(guī)管生產(chǎn)廠提供的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)表。在100000Pa～300Pa范圍時(shí)，硬件上用擴(kuò)展電路，使能P1.0口、J線(xiàn)圈通電、J1-1吸合使R與原電流源電阻并聯(lián)，使擴(kuò)展電流達(dá)到預(yù)定值。在擴(kuò)展電流加熱條件下以表2或表3為基礎(chǔ)，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的真空度值。本電源在硬件稍加改動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)了ZJ-54D型熱偶真空規(guī)管從100000Pa～0.1Pa寬量程的測(cè)量。