Проблема температурной компенсации

Проблема температурной компенсации при разработке новых теплоэлектрических вакуумметров и при их эксплуатации всегда была одной из самых острых и ее решение не может быть однозначной.

Одна из наиболее совершенных в этом отношении конструкций и схем терморезисторного вакуумметра описана в работе. Принципиальная схема, вольт-амперные характеристики датчика и его конструктивное оформление приведены на рис. 28. Повышение чувствительности этого вакуумметра осуществлено за счет увеличения площади поверхности датчика путем создания терморезисторных систем. Датчик состоит из цилиндрических терморезисторов диаметром 0,75 и высотой 0,32 мм, напаянных на круглые листы оловянной фольги диаметром 3 см и толщиной 0,01 мм. Применение оловянной фольги удобно не только благодаря сравнительно низкой ее теплоемкости и излучательной способности поверхности, но также вследствие устойчивости олова к коррозийным парам. Терморезисторные системы, несмотря на то, что их поверхность в несколько сотен раз больше поверхности бусинкового терморезистора, имеют теплоемкость приблизительно только в 10 раз большую, чем теплоемкость бусинок. Следовательно, терморезисторные системы почти мгновенно реагируют на изменения давления.

Для температурной компенсации используется то свойство вольт-амперной характеристики терморезистора, что на восходящем ее участке терморезистор чувствителен только к изменению температуры окружающей среды, а на падающем — чувствителен, кроме того, и к изменению давления.

Наличие падающего участка характеристики, как видно из формулы (88), возможно при условии В>4 0. Для терморезисторных систем, вольт-амперные характеристики которых изображены на рис. 28,6, это условие выполняется. Таким образом, если конструкция рабочей терморезисторной системы и компенсирующей одинаковы и их вольт-амперные характеристики совпадают, то одному значению приложенного напряжения, например U_a, будет соответствовать два значения тока 1_с<1_т и 1>1_т (здесь ток 1_т соответствует точке максимума вольт-амперной характеристики). Если теперь терморезисторную систему T_pQi предназначенную для измерения давления, и одинаковую по характеристикам систему Т_рс, предназначенную для температурной компенсации, включить в смежные плечи моста так, чтобы система T_pQ работала на падающем участке вольт-амперной характеристики, а Т_рс — на восходящем, то при небольших колебаниях температуры порядка ±5° С будет обеспечена температурная компенсация. Компенсация будет точнее, если выбор значений /_с и /₀ будет подчинен условию

Для того чтобы рабочая и компенсирующая терморезисторные системы находились при одинаковых температурах среды, обе системы конструктивно размещаются в металлическом цилиндре в непосредственной близости одна к другой.

Несмотря на указанные мероприятия, температурная компенсация будет все же недостаточно корректной вследствие различных значений температурного коэффициента р_т в точках вольт-амперной характеристики 1_С и /₀. Последнее вытекает из зависимости р_т от температуры в соответствии с формулой (77). Поскольку р_тс>Рто, необходимо снизить чувствительность компенсирующей системы, что достигается включением резисторов р_с и г_рс (рис. 28,а). Более глубокий анализ показывает, что и этой меры оказывается недостаточно для полной температурной компенсации. Действие корректировки компенсирующей терморезисторной системы ограничивается узким интервалом температур, в котором можно без большой погрешности принять зависимость R_T=f(T) линейной. Обычно этот интервал находится в пределах —5°4-+5°. Практически колебания температуры бывают значительно большие, что привело в данном случае к необходимости создать постоянный перегрев терморезисторной системы при помощи электрического нагревателя (рис. 28,в) и поддерживать температуру в измерительном баллоне на уровне 305±5°К. Контроль за температурой в баллоне осуществляется терморезистором Т_т, являющимся одним из плеч моста с индикатором в его диагонали. Баланс моста достигается при температуре измерительной колбы 305° К, так как сопротивление резистора г_т выбрано равным Т_т при этой температуре.

Точность измерения давления зависит от стабильности раббчей точки терморезисторной системы, которая может быть обеспечена стабилизацией питающего напряжения. Необходим также точный контроль напряжения и возможность его коррекции. В данном случае при напряжении источника 150 в корректировка напряжения должна осуществляться с точностью до 1 Мет. Это достигается при помощи двух терморезисторов T_UQ и Т_ис. Принцип компенсации колебаний напряжения аналогичен выше описанному принципу компенсации колебаний температуры. Рабочие точки обоих терморезисторов находятся на разных участках характеристики U=f (/, р, так что Тио чувствителен к току или флуктуациям напряжения и изменениям температуры окружающей среды, в то время как T_Uc чувствителен только к изменению температуры.