真空感应
除了热电堆之外,海曼传感器还为宽压力范围的真空传感提供解决方案。这些是MEMS型pirani真空传感器。
皮拉尼测量原理
皮拉尼真空计的测量原理相当简单。金属线由电流加热。如果电线处于完美的真空中,则没有气体,因此没有热量损失。在实际条件下(非理想真空),周围的气体将从导线中带走热量/能量。排出的热量与气体分子的数量有关,因此与压力有关。
皮拉尼真空计有三种可能的操作模式:
恒定电流
恒定电压
恒温
最基本的操作模式是恒流操作。在这种情况下,传感器(基本上是电阻)由恒定电流供电。在这种情况下,测量与传感器温度相关的电阻,并提供有关压力的信息。在实际应用中,几乎从未使用过这种模式。
更常见的是其他两种操作模式。在恒定电压模式下(U0=常数),该传感器应用于惠斯通电桥配置:
用于真空传感的惠斯通电桥
Rp是压敏电阻,Rk是补偿电阻,补偿电阻也放置在传感器芯片上。Rfixed和R用于完成惠斯通电桥布置。对于恒压模式,bride应在大气压力下平衡(Up=0V)。这是通过调节电位计R来实现的。如果压力发生变化,Rp将发生变化,因此Up也将发生变化。对于高真空测量和低功率操作,建议使用恒压操作模式,但需要温度稳定或高级校准才能进行精确测量。
通常使用恒温模式,也称为恒定电阻模式,因为它可以减少由环境温度变化引起的不必要的信号漂移。这最适合于粗糙和精细的真空条件。在这种情况下,使用运算放大器控制Rk和Rp的电阻比,从而使它们保持恒定的温差。
皮拉尼规特性曲线
下图显示了惠斯通电桥配置(恒压模式)下pirani型真空计的典型特性曲线。它显示了信号电压上升与压力的关系,单位为毫巴。正如你所见,传感器可以下降到10-6毫巴,但曲线的斜率非常低。这意味着在此范围内灵敏度也非常低。在10-1至10-3 mbar的范围内,传感器具有陡坡,因此其灵敏度最高。
MEMS型皮拉尼真空传感器特性曲线
上述曲线显示了芯片尺寸为4x4mm²的相对较大芯片(HVS 03k)的灵敏度。您可以将其与第二个更小的1x1mm²芯片相结合,该芯片在更高压力下具有峰值灵敏度。这两个芯片的组合允许感应从大气压到10-6毫巴的整个压力范围。
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