熱負極水解真空計的通路設計
從熱負極水解真空計的作業原理能夠看出,測量Ii難度不大,無非是采納高輸出阻抗的演算放大器,使用電散失調法放大直流電信號,為了相配寬量程少數量級的信號變遷,須要采納真空替續器切換反饋電阻來掌握增值。那末測量真空度不是很低,采納對數放大不失為一個好的步驟,要留神熱度漂移的莫須有。設計的重點是兩個電壓和電子流的穩固掌握,通路設計如何動手是要害所在。細心綜合圖1的原理,將其用圖2等效模子來綜合。其中UC=200V,UF=50V,Ie=0.5mA(10-1Pa～10-4Pa時)或5mA(10-4Pa～10-8Pa時)。從圖2中能夠看出離子流Ii對Ie、UC和UF沒有莫須有,因而只要思忖其余三者彼此掌握的通路設計。
圖2　水解規管等效模子
從圖2中不難發現UC是絕對金雞獨立的量,因而通路采納穩壓管來兌現。顯然,問題的要害就集中在要同聲保障Ie和UF都穩固在期冀值上。Ie是真絲(熱負極)加熱而發射的電子受更高電位的電極(陽極)的招引構成的,所以兩電極的絕對電位是生動的,因而Ie的掌握是以掌握真絲的作業直流電來兌現。有許多步驟都可以兌現這2個參數穩固,而采納串聯電阻的步驟最容易、牢靠。如圖3所示,那末串入的電阻R=UF/Ie,問題就失去大大簡化,因而,只有把UF作為掌握目標就能達成設計目標。那末須要相反的電子流Ie,只有改觀R的阻值就能夠,具體兌現能夠采納替續器等步驟切換相反的R來失掉須要的Ie。
圖3　采樣點
所以要與其余通路共用掌握電源,又思忖到真絲阻值小、直流電大的特點,采納了脈寬調制(PWM)掌握推挽變換的步驟,PWM芯片則采納廣泛運用的UGN3525PWM掌握器,具體原理框圖如圖4所示。
圖4　真空計掌握原理
變壓器T1有兩組次級,其中:一組輸入160V交換電,通過容易的變換輸入200V直流電提供電極電位UC;另一組通過整組濾波穩壓提供零碎所需24V直流電源。圖3中的R是由(R1//R3)+R4+R8+R6組成的。所以真絲發射電子與真絲名義的熱度無關,又因為真絲的熱彈性的存在,因而,電子流并不隨高頻的真絲直流電變遷,而是比擬平滑的。鑒于此,變換變壓器的輸入沒有整組濾波通路,而是間接給真絲提供高頻交換電。那樣,防止了大直流電器件的運用,無疑也給變壓器和整組穩壓通路升高了設計難度,同聲也大大減小了整機的體積。UF是經過電位器R8滑行端的分壓送至PWM掌握通路中的UGN3525的反相輸出端,并與UGN3525外部基準比擬,那末低于基準電壓,PWM掌握通路將會增大脈沖幅度,從而經推挽變換普及T2次級的均勻輸入直流電。真絲直流電的增多將會使電子流增大,電子流的增大又會招致R8上的分壓回升,反之亦然。
因為存在真絲的熱彈性,容易的反饋輕易產生真絲閃耀景象,電子流Ie會所以真絲閃耀而大幅度穩定,離子流Ii同樣也會穩定,給放大搜羅通路帶來極大的困苦。因而,通路中增多了C3,為電子流Ie的紋波提供交換旁路,防止紋波因電阻的分壓而衰減,從而無效掌握電子流的紋波。
R5和C4的運用能無效克制電源的穩定,況且能減弱PWM掌握器輸入的變遷幅度,從而減弱因過調導致的穩定。在PWM掌握通路的差分放大環節中適量的積分環節是多余的,波及到的積分環節的工夫常數與PWM效率、真絲特點等有間接關系,理論使用時須要細心選用。
為了掩護真絲因失控而焚毀,通路中還須要無限流等措施,如圖4中的R7便能起到限流作用。另外,當測量真空度達成10-6Pa之上時,要留神增多除氣通路性能,給電極除氣。
運用之上步驟設計的真空計通路,作為咱們出品的一全體曾經一大批利用,況且性能穩固牢靠。因為采納了PWM掌握,并通過了變壓器的直流電變換,沒有間接掌握熱負極的大直流電,從而升高了功耗,大大縮小了大直流電發熱元件的單位,使整機的溫升失去無效克制。那末須要設計商用真空計,只有加上放大、搜羅和預示全體即可。