一种高精度真空管真空度测试仪及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在军工、电子工业等领域中，用于对真空管的真空度进行高精度测量的高精度真空管真空度测试仪及测试方法。
【背景技术】
[0002]目前对真空管真空度的微电流测量以1-V变换电路实现为主，电路结构为电流输入运放反相输入端，同相输入端接地，反相输入端与输出端接Ι-v变换电阻，其特点是电流测量精度比较高，其缺点是测量范围比较窄，如测量范围涵盖6个数量级，则至少需要分四段测量，由继电器切档实现，并且在切换点附近时测量误差较大，测量速度也较慢，通常该种微电流测量方式，为保证测量精度，一般测量范围比较窄。另外一种方法是直接在回路的采样电阻上取分压，该方法的采样电阻阻值通常非常大，在测量中非常容易受到干扰，同时为保证测量精度，还需要附加补偿电路，其测量电路复杂，成本高，且测量数据一致性较差。随着真空管的发展，上述做法已无法满足真空管真空度的测量要求。
【发明内容】
[0003]鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种长期工作稳定性和可靠性高，真空度测量精度可达10_7Pa的高精度真空管真空度测试仪及测试方法。
[0004]本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是:一种高精度真空管真空度测试仪，包括设置在外壳内的高精度真空管真空度测试仪电路，所述高精度真空管真空度测试仪电路包括AC/DC供电电路1、AC/DC供电电路I1、30KV高压直流电源电路、高压缓冲电路、触控屏电路、光纤隔离电路1、光纤隔离电路I1、信号隔离电路、高隔DC/DC电路、单片控制电路及光纤接口电路，其特征在于:还包括微电流测量电路，所述30KV高压直流电源电路分别与AC/DC供电电路1、微电流测量电路及信号隔离电路连接，所述单片控制电路分别与高隔DC/DC电路、光纤接口电路、触控屏电路、信号隔离电路及光纤隔离电路II连接，所述AC/DC供电电路II分别与触控屏电路和高隔DC/DC电路连接，所述微电流测量电路分别与高压缓冲电路和光纤隔离电路I连接，所述光纤隔离电路I与光纤隔离电路II连接。
[0005]—种高精度真空管真空度测试仪的测试方法，其特征在于:单片控制电路中，主要包括通讯部分、微电流软件测量设定部分、微电流采集检测部分和控制程序；真空管负载分别与真空管真空度测试仪电路中的30KV高压直流电源电路和微电流测量电路连接；上位机与真空管真空度测试仪电路中的单片控制电路连接；
在通讯部分中，主要包括单片机1和单片机2，触控屏与单片机1之间采用RS485通讯方式，单片机1与单片机2之间采用SPI串行外设接口通讯总线，单片机2与上位机之间采用RS232通讯方式；其中单片机1用于触控屏与单片机2之间的数据传输，单片机2为测试仪的控制单元；RS485通讯参数设置为波特率19200bps，数据位8，停止位1，无校验；SPI串行外设接口是一种高速的全双工同步通讯总线，单片机1与单片机2通过四根线连接，这种方式有效的解决了触控屏发送的指令和上位机发送的指令之间的互相干扰问题，并将电源区分为近距离本控即触控屏控制和远程外控即上位机控制两种独立的工作方式；RS232通讯参数设置为波特率19200bps，数据位8，停止位1，偶校验，通讯协议为MODBUS-RTU串行通讯协议；
在微电流软件测量的本控设定部分，触控屏界面上可设定输出高压值和高压延时时间，这两个数据通过RS485通讯传输到单片机1，单片机1通过SPI通讯传输到单片机2，单片机2为控制执行单元，通过设定DAC7614-12位数模转换将数字量转换为模拟量来设定所需电压值，高压延时时间通过单片机2中的定时器控制完成；电压值为真空度测试仪要输出的高压，高压延时时间为高压到达稳定值后维持的时间；同时，触控屏设置的参数，由单片机2通过RS232传输到上位机界面；在微电流软件测量的外控设定部分，上位机上安装的上位机软件可设定输出高压值、高压延时时间，采集间隔时间，这些数据通过RS232通讯直接传输到单片机2，完成设定DAC7614和定时器的设置；该电压值为真空度测试仪要输出的高压，高压延时时间为高压到达稳定值后维持的时间，采集间隔时间为高压启动后采集的20个微电流中每个微电流之间的时间间隔，通过设定采集时间间隔，可找到采集的微电流峰峰值，以及微电流的整个测量过程的曲线；
在微电流采集检测部分，所测量的微电流范围为10nA~l.5mA，由于微电流的数量级差别较大，因此采集微电流值主要使用ADC1865-16位双通道模数转换器采集芯片完成，再由单片机2控制ADC1865的10 口，通过高速光纤通讯传输控制，从而隔离高压端与单片机端，防止干扰单片机通讯和测量;ADC1865基准为5V，采样转换电路将微电流值分为两部分采集，以保证采集值精度；ADC1865的CH0通道采集10nA~10uA范围的微电流值，CH1通道采集10uA~l.5mA范围的微电流值；
在微电流软件测量流程中，开始上电后，单片机程序初始化，上位机设置电压值，采集间隔时间，测量延时时间；测量开始后，首先按照所设定的采集间隔时间读取20个微电流值，然后单片机读取由高压反馈回来的90%电压值状态位，判断实际输出是否达到设定值的90%，当输出电压达到设定值的90%后，单片机2即按照设定的高压延时时间维持输出设定的高压，在延时结束之前，读取微电流稳态值，并将数据传回上位机，延时结束后，高压关闭，测量结束；当在测量过程中，如果实际输出高压值没有达到设定值的90%时，高压输出将直接被关闭，同时测量数据返回一个固定的错误数值。
[0006]本发明的有益效果是:该高精度真空管真空度测试仪可完全替代国外同类产品，大大降低企业的采购成本。测量的速度快，整个测量时间在200ms左右。测量精度高，测量错误率极低，测量范围宽，实际测量范围从几nA至1.5mA。抗干扰及抗高压冲击能力强，不怕输出短路，长期工作可靠性高。可以外部安装上位机软件，并通过安装的触控屏，使测试操作更加方便、灵活。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的电路连接；
图2本发明中微电流测量电路的电原理图；
图3本发明中控制流程图；
图4发明实际应用中的连接框图。
【具体实施方式】
[0008]如图1、2所示，一种高精度真空管真空度测试仪，包括设置在外壳内的高精度真空管真空度测试仪电路，高精度真空管真空度测试仪电路包括AC/DC供电电路1、AC/DC供电电路I1、30KV高压直流电源电路、高压缓冲电路、触控屏电路、光纤隔离电路1、光纤隔离电路I1、信号隔离电路、高隔DC/DC电路、单片控制电路及光纤接口电路，还包括微电流测量电路。
[0009]30KV高压直流电源电路分别与AC/DC供电电路1、微电流测量电路及信号隔离电路连接，单片控制电路分别与高隔DC/DC电路、光纤接口电路、触控屏电路、信号隔离电路及光纤隔离电路II连接，AC/DC供电电路II分别与触控屏电路和高隔DC/DC电路连接，微电流测量电路分别与高压缓冲电路和光纤隔离电路I连接，所述光纤隔离电路I与光纤隔离电路II连接。
[0010]上述微电流测量电路具体连接为，微电流输入到接插件J4的2脚RTN，接插件J4的1脚E接微电流测量电路参考地大地，接插件J4的2脚RTN分别接电容C20、电阻R3的一端一端、M0S管Q2的栅极及源极，电容C20另一端接微电流测量电路参考地，M0S管Q2漏极分别接二极管D9、电容C6、电阻R12的一端，电阻R12另一端接+12V，电容C6另一端接二极管D9的另一端及微电流测量电路参考地，电阻R3另一端接继电器RELAY的11脚，继电器RELAY的1脚分别接+24V、二极管D10负极、继电器RELAY的4脚，继电器RELAY的16脚分别接二极管D10正极、三极管Q3集电极，三极管Q3基极分别接电阻R27、电阻R32、电容C38的一端，电阻R27另一端分别接电容C38另一端、三极管Q3的发射极、光耦U10的3脚及+24V的参考地GND，电阻R32另一端分别接电阻R26 —端、光耦U10的4脚，电阻R26另一端接+24V，光耦U10的1脚接接插件J2的1脚ZJ，光耦U10的2脚通过电阻R40接数字地DGND，继电器RELAY的8脚接接插件J3的3脚DIS，继电器RELAY的9脚接运放U7的6脚及2脚，运放U7的7脚接+9V，运放U7的4脚接-9V，运放U7的3脚接电容C3的一端、跳线JP1的2脚，电容C3的另一端接微电流测量电路参考地，跳线JP1的1脚、2脚相连并分别接电阻R37、电阻R38的一端，电阻R38另一端接微电流测量电路参考地，电阻R37另一