JPH0648225B2 - 熱電対真空ゲ−ジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は不完全真空の下で低圧力を測定するための熱電
対装置に関し、詳細には広い範囲に亘る圧力に対して感
度の高い装置に関する。

技術的背景 熱電対は長い間、不完全真空に対する圧力感知装置とし
て利用されてきた。熱電対が加熱され、その結果生じた
熱電対の温度は熱電対起電力を用いて測定される。ガス
の圧力が下がるに従つて、ガスによる熱電対の冷却率は
減少する。その結果、定加熱電流に対する熱電対の温度
が上昇するか、又は、熱電対を一定温度に保つのに必要
な電流が減少する。

従来技術の熱電対圧力ゲージは、測定中に同時に行われ
る加熱によつて発生するノイズによつて、その測定範囲
及び感度を制限される。従来のものは低圧力及び１０乃
至100トルの圧力範囲では鈍感である。

発明の目的 本発明の目的は、多くの圧力の大きさに亘る熱電対効果
を用いて、安価で適度に正確で、応答性の速い真空イン
ジケータを提供することである。

発明の概要 サーボ機が振幅変調された交流電流加熱電力を熱電対に
供給するために用いられる。熱電対の直流電流起電力が
測定され、基準電圧と比較される。この基準電圧は異な
る圧力範囲に対しては異なり、ある範囲内では圧力の減
少に比例する。加熱電流の振幅はＤＣ電圧に変換され、
圧力として表示される。

本発明のこれらの、そしてその他の構成の及び作用の特
徴は、好適実施例を示した添付図面と以下の詳細な説明
によつて更に明らかとなろう。

好適実施例 図面を参照すると、参照番号が異なる図面に共通するパ
ーツを示すために用いられており、文字はパーツ間を通
る信号を示すために用いられている。第１図には本発明
に従つて熱電対圧力ゲージのブロツク線図が示されてい
る。サーボ機構１０は振幅信号“Ａ”を可変振幅ＡＣ加
熱器電源１２に供給するために用いられ、それは、二線
又は四線熱電対１４への振幅変調されたＡＣ電流“Ｂ”
を生じさせることによつて応答する。熱によつて発生し
た起電力は低域フイルタ１６によつてろ渦され、生じた
信号“Ｄ”は測定され、基準ゼネレータ１８によつて発
せられた基準電圧レベル“Ｃ”と比較される。接合部を
加熱するのに必要な電流は整流器２０によつて整流さ
れ、整流器２０は信号“Ｅ”を発する。その信号“Ｅ”
は圧力に比例し、制御又は表示のために使用される。加
熱電流は基準ゼネレータ１８にも入力され、ゼネレータ
１８は基準信号“Ｃ”を発生させる。

本発明の好適実施例が更に詳しく第２図に示されてい
る。可変振幅発振器２２が増幅器２４に入力信号“Ｆ”
を提供し、その増幅器２４は熱電対１４を加熱する十分
な電力を提供する。ブロツクコンデンサ２６は増幅器２
４の出力“Ｂ”中に存在する如何なるＤＣレベルも、熱
電対１４の不要な加熱をすること、又は、熱電対１４か
らのＤＣ熱電対効果電圧の測定を妨害することを防ぐ。
このＤＣ熱電対効果電圧は増幅器２４からのＡＣ加熱電
力を伴つて熱電対を渡つて存在するが、低域フイルタ１
６に与えられ、その低域フイルタ１６はＡＣ加熱電力を
取り除く。

このようにして低域フイルタ１６の出力である信号
“Ｄ”は、熱電対１４からの熱電対効果電圧だけを含
み、加熱電力による信号は含まない。加熱信号“Ｂ”は
整流器３０によつて整流され、その整流器３０は加熱信
号“Ｂ”のＡＣ成分にのみ比例する出力“Ｇ”を提供す
る。この信号“Ｇ”は非線形基準ゼネレータ回路１８に
送られる。この回路は基準電圧“Ｃ”を発生する。その
電圧は異なる圧力範囲に対しては異なり、ある圧力範域
内では圧力の減少に比例する。基準ゼネレータ１８の出
力“Ｃ”は第３図に示されるような圧力の関数として熱
電対温度を生ぜしめる。

基準ゼネレータ出力“Ｃ”及び低域フイルタ出力“Ｄ”
はサーボ機構増幅器１０に与えられ、その増幅器１０
は、(i)信号“Ｄ”と“Ｃ”の差の積分、(ii)信号
“Ｄ”と“Ｃ”の差及び(iii)信号“Ｄ”と“Ｃ”の差
の微分の総計に比例した出力“Ａ”を発生し、祖対比は
サーボ機構ループに安定性を与えるように調整される。

整流器３０からの信号“Ｇ”は加熱電力“Ｂ”の振幅に
比例しており、メータスケール・エクスパンシヨン(met
er scale expansion)回路３２にも送られる。この回路
は信号“Ｇ”が小さいときは増幅し、大きい信号に飽和
し、それによつて信号“Ｈ”が圧力信号としてデイスプ
レイ・メータ３４上に表示される。

在来の電源３６は他の回路に適切な電圧を与えるために
使用される。

低圧力において、熱電対導線による望ましくない金属伝
導及び電磁放射による熱損失の影響はガス放散による熱
の損失と重大な比較をされ、それは圧力に敏感な機構で
ある。低圧力領域内の一定温度で作動することにより導
電冷却における温度影響は取り除かれ、放射損失におけ
る温度の影響は減少する。もし温度が圧力とともに一定
ならば、ガス冷却の効果は最大となる。このような高感
度が必要とされる領域は１０ミリトル以下及び１０トル
から200トルの間である。熱電対ゲージがガス冷却に対
して本質的に敏感である領域内では、圧力を上げるとと
もに温度を下げることによつて感度を下げることが望ま
しい。これらの領域は１０ミリトルら１０トルの間及び
200トルから大気圧の間である。これらの領域に対する
温度対圧力の略示線図が第３図に示されている。上記の
ように温度を操作することは圧力の効果的測定を可能に
し、これまで可能であつたよりも広い範囲（ほぼ６ケタ
の大きさ）に亘つてスケールの線形性を増強する。

上記の温度変化は、熱電対の高い温度によつてガスが爆
発する危険がない低圧力での圧力変化に対する感度が同
時に増強されるとともに高温に対しても可能であるが、
同時に、ある種のガスではこのような危険が存在するか
もしれない圧力で接合部温度をずつと低く、より安全な
値まで下げる。

表示のサーボ機構方法及びサーボ・ループへのインジケ
ータの結合は、環境変化によつて現われるエラーの多く
の原因を取り囲む。これは、このような変化に対する補
整にかかる余分な費用を最少にする。

交流電流による接合部の加熱は２つの重要な利点を提供
する。すなわち、(i)加熱機構からの測定された電圧へ
の無関係な寄与が何もない。このようなエラーはＤＣ電
源を使用する他の技術には本来備わつているものであ
る。そして、(ii)二線接合だけを必要とし、以前は四線
接合が必要であつた。これはいくつかの利益をもたら
す。すなわち、制御器からゲージへの二線ケーブル、簡
単化したゲージ、及び、多くの熱電導路が半減されるこ
とによる不要な熱伝導の５０パーセントが減少する。

本発明は上記の好適実施例に限定されるものではなく、
また、その変化及び改良は本発明の保護範囲を逸脱する
ことなく行え、その特徴は特許請求の範囲にまとめられ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱電対真空ゲージのブロツク線図
である。 第２図は本発明の実施例のブロツク線図である。 第３図は圧力に対する熱電対の温度の略示線図である。 主要符号の説明 １０……サーボ機構 １４……熱電対 １６……低域フイルタ １８……基準ゼネレータ 20,30……整流器 ２６……ブロツクコンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不完全真空での圧力に応答する電気信号を
   得るための装置であって、 ａ）不完全真空中の熱電対、 ｂ）前記熱電対からのＤＣ電圧信号に応答して、前記熱
   電対にＡＣ加熱電流を発生させるためのサーポ機構手
   段、 ｃ）ＡＣ加熱電流から前記熱電対へ圧力に反応する信号
   を形成させるための低域フィルタ、および、 ｄ）圧力に応答する前記信号から基準信号を発生させる
   ための手段であって、前記基準信号が前記熱電対からの
   前記ＤＣ電圧信号とともに利用され、前記サーボ機構手
   段を制御するための手段、 から成る装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載された装置で
   あって、 前記サーボ機構手段がサーボ機構増幅器および前記熱電
   対と前記サーボ機構増幅器との間に低域フィルタを有
   し、前記サーボ機構増幅器が前記低域フィルタと基準信
   号を発生させるための前記手段とからの信号を受け、さ
   らにまた、前記サーボ機構増幅器からの信号を受ける電
   圧制御式オシレータ、該電圧制御式オシレータからの信
   号を受ける増幅器およびＤＣ電流をブロックしている
   間、ＡＣ電流を前記熱電対へ送るための手段を有してい
   る、ところの装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載された装置で
   あって、 基準信号を発生させるための前記手段が整流器および非
   線形基準ゼネレータ回路を有する、ところの装置。