一种高精度抗震皮拉尼真空传感器的制作方法

本发明涉及真空传感器，特别涉及到一种高精度抗震皮拉尼真空传感器。

背景技术：

真空技术发展已经超过百年历史，并且在工业和科研应用领域逐步发挥着越来越重要的角色。真空是指在一个封闭的腔体中取出里面的气体分子从未产生一个非常干净的负压环境。由于大气中存在这大量的气体分子和各种颗粒物等物质，从而使得非常多的研究和工艺无法进行。真空环境因为去除了大气中的气体分子和各种颗粒物，其负压特性也改变了物体表面吸附的各种污染物，从而产生非常干净的表面，从而各种高精产品的生产获得了必须的生产环境。同时由于气体分子稀薄，热能失去一个重要的传递导体，从而为生产领域带来良好的真空绝热的功效。然而真空技术并不是单纯地追求“低于一个大气压状态下的特定空间”，而是利用真空这个物理条件来完成在大气压下无法实现的各种崭新工艺。真空技术作为发展现代工业所必须的特殊手段,在国际上六十年代已形成完整的工业体系。几个工业发达的国家拥有比较强大的真空制造工业。例如美国、德国、日本等工业强国无一不是真空技术强国，真空对于现代科学技术的发展，不管是工业，还是航空航天技术及军工生产对于材料要求的不断提高，更是离不开真空技术。近几年来，国内真空工业发展十分迅速，究其原因，主要是由于其他工业技术领域对真空技术的需求增加。但目前国内的真空技术水平仍旧落后于西方发达国家，对于真空获得，真空测量，真空检漏等技术在很多行业仍然是我们国家的一个短板技术。各种应用都需要真空，但是真空的测量也是真空工艺和应用的一个必须的核心技术手段。真空传感器是专门针对真空应用进行真空度测量的技术手段，其产品对工艺实施具有决定性的指示作用。

现有的真空传感器真空测量针对不同的真空段可以有不同的测量方式，主要有低真空段的机械测量，中低真空段利用热传导热损失的物理原理进行的测量，例如热电偶和皮拉尼技术，高真空超高真空段的离子规技术等。针对大量使用的中低真空段，科研和工业需要大量的具有较高性价比的真空传感器。其中皮拉尼技术是比较具有性价比的技术之一。目前的皮拉尼真空传感器采用薄膜作为感温元件，存在测量精度低、抗干扰性低、抗震效果弱的技术问题。因此，提供换一种高精度抗震的真空传感器就很有必要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的测量精度低、稳定性及防震动性低问题。提供一种新的高精度抗震皮拉尼真空传感器，该真空传感器具有抗震性能好、测量精度高、使用方便的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种高精度抗震皮拉尼真空传感器，所述高精度抗震皮拉尼真空传感器包括感温模块及控制模块，所述感温模块包括金属外壳，所述金属外壳内设有真空腔，真空腔内设有感温装置，与感应装置连接的控制转换电路，所述控制转换电路包括信号放大电路及ad转换电路；所述控制模块包括与控制转换电路的微处理单元，与微处理单元连接的显示模块，所述感温装置包括敏感元件单元，所述敏感元件单元结构为螺旋灯丝结构，所述螺旋灯丝结构包括四层螺旋体，第一层螺旋体是副钨丝围绕第一主钨丝螺旋状环绕而成的螺旋体，第二层螺旋体是第一层螺旋体围绕第二主钨丝螺旋状环绕而成的螺旋体，第三层螺旋体是第二层螺旋体作螺旋状环绕而成的螺旋体，第四层螺旋体是第三层螺旋体作螺旋状环绕而成的螺旋体；所述钨丝为螺旋双绞的钨丝线组合。

上述技术方案中，为优化，进一步地，所述感温装置包括3个感温单元，所述3个感温单元为并联的第一感温单元及第二感温单元，与第一感温单元及第二感温单元共串联的第三感温单元。

进一步地，所述感温单元包括1个敏感元件单元及3个电阻，所述1个敏感元件单元及3个电阻按惠斯通电桥结构排列。

进一步地，所述高精度抗震皮拉尼真空传感器还包括温度补偿装置，所述温度补偿装置包括等间距分布于感应装置金属外壳内表面的n个温度传感器，所述n个温度传感器与所述控制转换电路电连接；其中，n为正整数。

进一步地，所述显示模块还包括温度显示单元，所述温度显示单元与微处理单元连接，用于显示真空传感器感温模块内实时工作温度。

进一步地，所述第一层螺旋体、第二层螺旋体、第三层螺旋体及第四层螺旋体均为横截面为圆形或椭圆形的弹簧状连接螺旋体。

进一步地，所述外壳材料为塑料，所述外壳内表面覆盖有金属粉层结构；所述金属粉层结构用于屏蔽外部干扰信号。

进一步地，所述高精度抗震皮拉尼真空传感器还包括设于所述感温模块外壳外表面的抗震装置，所述抗震装置包括等间距排列的n个抗震弹簧；其中n，为正整数。

进一步地，所述控制模块与感温模块通过信号电缆连接，所述1个控制模块对应n个感温模块；其中，n为正整数。

进一步地，所述高精度抗震皮拉尼真空传感器用于运动车辆上。

真空度不同，单位体积内的空气分子数就不同，对于正在发热的电阻丝带走热量的能力就不同，电阻丝温度就不同，因为电阻丝的电阻率是温度的函数，所以不同的真空度就引起了电阻率的不同，则电阻就不同，电流在电阻丝上的压降就不同，根据电压的变化就能换算出空气压强，进而测量真空度。本发明利用螺旋灯丝机构，增大灯丝接触面积。感温元件采用惠斯通电桥结构组合排列，是惠斯通电桥结构由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，通过采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式优化热传导计算和测量原理。针对产品使用过程中不可避免的环境温度影响，通过采用温度传感器对温度进行实时采集，利用精确温度补偿技术进行补偿计算，并对温度进行实时显示。本发明将测量误差分别可以控制在大气端30％和10-3到10-4毫巴中真空段10％左右，大大提高了真空传感器的测量精度。同时由于灯丝特殊螺旋结构，灯丝稳定性和防震动性能大大提高。其抗震性能大大优于普通拉伸灯丝的产品。非常适合槽罐车等运输工具上的安装使用。

特别的，本发明采用双主副丝螺旋结构的灯丝结构作为感温的敏感元件，对温度进行测量，大大的增加了敏感元件与感温环境的接触面积，能够更精确的反应出温度变化，提高测量分辨率。皮拉尼技术的灯丝温度在80-120℃，真空泵油污染的影响更小，更不容易断裂，皮拉尼技术不易受到机械应力的影响，而且温度导致传感器的热容受到变化会使传感器对于压力变化的反应时间加长。而皮拉尼技术拥有较为稳定的灯丝温度，并且对于压力变化的反应迅速。

本发明的有益效果，

效果一，测量精度高；

效果二，抗震性能好；

效果三，能够实时显示工作温度，使用方便；

效果四，通过采用1个控制模块对应多个感温模块的方式，降低了成本；

效果五，通过采用屏蔽措施，提高了抗干扰性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，实施例1中高精度真空传感器系统示意图。

图2，螺旋灯丝结构示意图。

图3，感温装置示意图。

图4，惠斯通电桥结构示意图。

图5，抗震装置示意图。

图6，实施例2中高精度真空传感器系统示意图；

图7，控制转换电路示意图；

图8，显示模块示意图。

附图中，1-外壳，2-温度传感器，3-感温装置，4-抗震弹簧,5-连接头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，

本实施例提供一种高精度抗震皮拉尼真空传感器，所述高精度抗震皮拉尼真空传感器包括感温模块及控制模块，所述感温模块包括金属外壳，所述金属外壳内设有真空腔，真空腔内设有感温装置，与感应装置连接的控制转换电路，所述控制转换电路包括信号放大电路及ad转换电路；所述控制模块包括与控制转换电路的微处理单元，与微处理单元连接的显示模块。如图3，感温装置包括3个感温单元，通过并联的第一感温单元及第二感温单元，与第一感温单元及第二感温单元共串联的第三感温单元结构能够提高感温单元的检测精度，减小误差。

所述感温单元包括1个敏感元件单元及3个电阻，如图4,4个敏感元件单元是电桥的四个臂，分别为m4，r1，r2，r3,按惠斯通电桥结构排列。g为电流计，用以检查它所在的支路的电流大小，当g无电流通过时，称电桥达到平衡，平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，微控制单元采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化。电桥平衡时，检流计所在支路电流为零，则有：

(1)流过r1和r4的电流相同，为i1，流过r2和r3的电流相同，为i2；

(2)b，d两点电位相等，即uab＝uad。因而有i1r1＝i2r3。

由于三个阻值已知，便可求得第四个电阻。本实施例中，r1和r2，用一个可变电阻作为r3，敏感元件单元m4为待测，调节r3使电桥平衡，而且可利用高灵敏度的检流计来测零，故用电桥测电阻比用欧姆表精确。电桥不平衡时，g的电流ig与r1，r2，r3，m4有关。利用这一关系也可根据ig及三个臂的电阻值求得第四个臂的阻值，因此不平衡电桥原则上也可测量电阻。在不平衡电桥中，g为电流计，用于测量电流的大小。

本实施例中敏感元件单元结构为螺旋灯丝结构，所述螺旋灯丝结构包括四层螺旋体，第一层螺旋体是副钨丝围绕第一主钨丝螺旋状环绕而成的螺旋体，第二层螺旋体是第一层螺旋体围绕第二主钨丝螺旋状环绕而成的螺旋体，第三层螺旋体是第二层螺旋体作螺旋状环绕而成的螺旋体，第四层螺旋体是第三层螺旋体作螺旋状环绕而成的螺旋体；所述钨丝为螺旋双绞的钨丝线组合。所述第一层螺旋体、第二层螺旋体、第三层螺旋体及第四层螺旋体均为横截面为圆形或椭圆形的弹簧状连接螺旋体。

限于真空传感器的测量精度受到环境温度的影响，作为优选，本实施例所述高精度抗震皮拉尼真空传感器还包括温度补偿装置，所述温度补偿装置包括等间距分布于感应装置金属外壳内表面的n个温度传感器，所述n个温度传感器与所述控制转换电路电连接，本实施例中n＝8。

为更方便使用，本实施例中显示模块还包括温度显示单元，所述温度显示单元与微处理单元连接，用于显示真空传感器感温模块内实时工作温度。

外界干扰信号会对感温元件或控制转换电路中的元器件的性能造成影响，从而降低测试精度。作为优选，本实施例中外壳材料为塑料，所述外壳内表面覆盖有金属粉层结构；所述金属粉层结构用于屏蔽外部干扰信号，能够实现高抗干扰的同时，降低外壳材料的重量。

真空传感器使用环境包括振动较强的环境，如行驶中的车辆或运行中的设备都可能具有高振动环境。因此，本实施例中高精度抗震皮拉尼真空传感器还包括设于所述感温模块外壳外表面的抗震装置，所述抗震装置包括等间距排列的n个抗震弹簧；其中，n＝5。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上进一步优选使用场景。本实施例中一个控制模块对应多个感温模块，能够提高控制模块的利用率，从而降低成本。

如图6，控制模块与感温模块通过信号电缆连接，所述1个控制模块对应n个感温模块；其中n为正整数。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。