皮拉尼真空计的温度补偿、环境真空度的计算方法和设备技术

本发明专利技术公开了皮拉尼真空计的温度补偿、环境真空度的计算方法和设备，属于皮拉尼真空计领域。包括：在[10

【技术实现步骤摘要】
皮拉尼真空计的温度补偿、环境真空度的计算方法和设备


[0001]本专利技术属于皮拉尼真空计领域，更具体地，涉及皮拉尼真空计的温度补偿、环境真空度的计算方法和设备。

技术介绍

[0002]现如今，日常生活和科学研究的部分领域中都需要用到真空环境，因此，准确地测量环境的真空度变得尤为重要。皮拉尼真空计是一种常见的真空测量器件，利用低气压下发热电阻丝的散热效率和周围气压相关的原理，由通电电阻丝的阻值来反应实时气压的大小。由于皮拉尼真空计的电阻丝的阻值会随着环境温度的改变而改变，因此会影响皮拉尼真空计对环境气压的检测准确度。因此，需要解决测量过程中的温度效应才能使得器件更加准确的反应压强信息。
[0003]现有解决方案包括三种：第一种是在测量压强的过程中控制环境温度使其稳定在一定的误差范围内；第二种是在惠斯通电桥的一臂上引入环境温度相关电阻作为补偿；第三种是找出不同环境温度下的电阻随压强变化关系(即不同的电阻
‑
压强曲线，R
‑
P曲线)，通过测量环境温度和已知温度下的标定曲线来推测此时温度下的R
‑
P曲线。
[0004]对于第一种和第二种方案，都需要配套的电路支持，即使使用的是MEMS皮拉尼真空计，由于电路的存在，因此成品器件的体积一般都比较大，在具体应用中，例如狭窄空间、管道中的气压监测，没有优势。第三种方案即为传统意义上的软件温度补偿。对于器件的标定，一般而言，通过大量的数据收集，采集到皮拉尼真空计在全区间中，跟随压强和环境温度变化关系，即可完成器件的标定，但是这种方法需要大量的人力和物理，在应用的领域下并无优势。
[0005]专利CN101608962A公开了一种微型皮拉尼真空计，体积小巧且不需要配套的专属电路，但是并没有提出温度补偿的方案，皮拉尼真空计受环境温度的波动影响较大。专利CN104931193A公开了一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼真空计，通过制作两个相同的微型皮拉尼真空计，其中一支真空封装在参考室内。两支皮拉尼真空计一起置于测试环境中，其中真空封装的皮拉尼真空计不受所测环境的真空度的影响，阻值变化完全由环境温度引起，从而通过两支皮拉尼真空计测得的输出信号作为真空度测量信号，即可消除环境温度造成的皮拉尼真空计读数误差。该方案要求两个真空计要有良好的一致性，对于温度的敏感性要相同；而且由于在器件中存在两个皮拉尼真空计，因此器件的体积变得更大。
[0006]然而，上述方案存在以下缺陷和不足：单一皮拉尼真空计的设计，针对温度效应，没有良好的补偿方案，或者是为了解决皮拉尼真空计的温度效应，提出了双皮拉尼真空计的设计，但是带来了器件的体积大幅提升和功耗提升，以及面临工艺一致性的问题。而惠斯通电桥的解决方案，需要额外的温度补偿电路，对于不同的器件需要配合不同的温度补偿电阻调零，同样会带来器件体积的大幅提升。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供皮拉尼真空计的温度补偿、环境真空度的计算方法和设备，旨在解决单一皮拉尼真空计在进行真空测量时，无法用自身结构来排除温度因素影响的缺点，同时解决在利用数据标定器件的软件补偿方案中，需要大量数据采集的问题。
[0008]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种皮拉尼真空计的温度补偿方法，该方法包括：
[0009]S1.在[10
‑5Pa,105Pa]区间内确定目标皮拉尼真空计的压强工作区间；
[0010]S2.测量参考温度T0、各离散压强下目标皮拉尼真空计的电阻值，测量参考压强P0、各离散温度下目标皮拉尼真空计的电阻值，所述离散压强为采用预设步长采样压强工作区间得到，所述预设步长根据补偿分辨率要求设置；
[0011]S3.对参考压强P0下皮拉尼真空计的电阻值随温度变化的函数进行插值拟合，得到电阻率温度系数α，并构建比例关系k(T)＝1+α
·
(T
‑
T0)；
[0012]S4.对于温度T和压强P反复选择，使其覆盖目标皮拉尼真空计的工作温度和压强的全区间，预测选中温度T和压强P下的皮拉尼真空计的电阻值，完成对皮拉尼真空计随压强和温度变化的标定：
[0013]R(T,P)＝R(T,P0)+k(T)
·
[R(T0,P)
‑
R(T0,P0)][0014]其中，R(T,P0)、R(T0,P)、R(T0,P0)均为对应环境下测量到的皮拉尼真空计的电阻值。
[0015]需要说明的是，步骤S1可保证本专利技术提出的补偿方法的适用性广。步骤S2可定制补偿精度。
[0016]优选地，当所述参考压强P0低于10
‑4Pa时，插值拟合得到的为一次函数，将所述一次函数的斜率与y轴交点的比值作为电阻率温度系数α。
[0017]需要说明的是，当参考压强为低压强时，参考压强P0下皮拉尼真空计的电阻值随温度变化的函数为一次函数，y轴交点理论上为斜率理论上为故而将所述一次函数的斜率与y轴交点的比值作为电阻率温度系数α。
[0018]优选地，步骤S1中，分别测定在10
‑5Pa和10
‑5Pa下的电阻值为R1和R2，定义阻值处于区间[R2+0.2
×
(R1
‑
R2),R2+0.8
×
(R1
‑
R2)]所对应的压强区间，即为皮拉尼计的压强工作区间。
[0019]优选地，通过二分查找法确定目标皮拉尼真空计的压强工作区间，具体如下：
[0020]取区间[10
‑5Pa,105Pa]初始化二分查找范围[P1,P2]，则首先测定压强为(P1+P2)/2下的电阻值；
[0021]若其测定阻值小于目标阻值区间的下限，则二分查找范围调整为[P1,(P1+P2)/2]；
[0022]若其测定阻值大于目标阻值区间的上限，则二分查找范围调整为[(P1+P2)/2,P2]；
[0023]若其测定阻值位于目标阻值区间之内，则确定其压强区间下限位于[P1,(P1+P2)/2]，其压强区间上限位于[(P1+P2)/2,P2]，针对上下限进行二分查找；
[0024]重复上述查找，直至压强区间满足其对应阻值区间。
[0025]需要说明的是，采用二分查找可进一步加快补偿的速度，减少工作量。
[0026]优选地，所述参考温度T0不超出皮拉尼真空计的工作温度范围。
[0027]优选地，该方法应用于无配套电路的皮拉尼真空计和集成有温度计的皮拉尼真空计。
[0028]为实现上述目的，第二方面，本专利技术提供了一种环境真空度的计算方法，该方法包括：
[0029]T1.采用如第一方面所述的方法，得到各[温度,压强]与皮拉尼真空计的电阻值的映射关系；
[0030]T2.获取皮拉尼真空计在目标环境下的阻值，获取目标环境的温度；
[0031]T3.根据映射关系，反演得到目标环境的压强。
[0032]为实现上述目的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种皮拉尼真空计的温度补偿方法，其特征在于，该方法包括：S1.在[10
‑5Pa,105Pa]区间内确定目标皮拉尼真空计的压强工作区间；S2.测量参考温度T0、各离散压强下目标皮拉尼真空计的电阻值，测量参考压强P0、各离散温度下目标皮拉尼真空计的电阻值，所述离散压强为采用预设步长采样压强工作区间得到，所述预设步长根据补偿分辨率要求设置；S3.对参考压强P0下皮拉尼真空计的电阻值随温度变化的函数进行插值拟合，得到电阻率温度系数α，并构建比例关系k(T)＝1+α
·
(T
‑
T0)；S4.对于温度T和压强P反复选择，使其覆盖目标皮拉尼真空计的工作温度和压强的全区间，预测选中温度T和压强P下的皮拉尼真空计的电阻值，完成对皮拉尼真空计随压强和温度变化的标定：R(T,P)＝R(T,P0)+k(T)
·
[R(T0,P)
‑
R(T0,P0)]其中，R(T,P0)、R(T0,P)、R(T0,P0)均为对应环境下测量到的皮拉尼真空计的电阻值。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述参考压强P0低于10
‑4Pa时，插值拟合得到的为一次函数，将所述一次函数的斜率与y轴交点的比值作为电阻率温度系数α。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，分别测定在10
‑5Pa和10
‑5Pa下的电阻值为R1和R2，定义阻值处于区间[R2+0.2
×
(R1
‑
R2),R2+0.8
×
(R1
‑
R2)]...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天佑，范继，肖成林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：