[实用新型]智能超高真空冷阴极电离规控制器

说明书

本实用新型涉及真空测量技术领域。

目前真空测量领域用于超高真空测量的真空计主要有热阴极电离超高真空计和冷阴极电离超高真空计。真空计由测量规管(传感器)和电气测量电路(控制器)组成。冷阴极电离真空计同热阴极电离真空计一样，是利用低压力下气体分子的电离电流与压力有关的特性，用放电电流来测量真空度的一种仪器。两者不同之处在于电离源。热阴极电离真空计是热阴极发射电子，而冷阴极电离真空计是靠冷发射所产生的少量初始自由电子，它们在电场、磁场的共同作用下最终形成自持气体放电(一般称为潘宁放电)。此放电电流与压力有如下关系：

                  I=K×Pⁿ式中：I为放电电流、K为常数、P为真空压强、n为常数(通常在1～2之间，与规管结构有关)。测得I就可以计算出真空度。冷阴极电离超高真空规管没有与压力无关的本低光电流，没有热阴极，不怕大气冲击，但其测量误差较大。

冷阴极电离超高真空计的国内品牌主要是M014规管及控制器(测量范围是1.1×10^-1Pa～1.1×10^-7Pa)。M014真空计价格低廉，操作简单，但控制器的保护、报警功能很弱，测量误差较大，另外测量范围和通讯功能也有限。而国外冷阴极电离超高真空计控制器测量范围宽，功能完善，但价格昂贵。

本实用新型的目的在于提供一种可以有效控制国内外超高真空冷阴极电离规管，测量范围宽(1×10^-1pa～5×10^-9Pa)，功能完善，测量精度高，价格低廉的智能超高真空冷阴极电离规控制器。

本实用新型采用以下方式完成。

本实用新型由程控放电电流放大器，高压电源、微处理器单元和壳体构成。程控放电电流放大器与微处理器单元相连接，高压电源与程控放电电流放大器相连接。高压电源内设置有逆程变压器。微处理器单元由模数转换器、量程切换器、微处理器、键盘/显示器、通讯接口和报警器构成。模数转换器、量程切换器、键盘/显示器、通讯接口和报警器分别与微处理器相连接。程控放电电流放大器将接收到的放电电流信号放大后，送入模数转换器转换为频率并记数，然后送给微处理器计算，转化为真空度，再送入键盘/显示器显示。微处理器经量程切换器，控制程控放电电流放大器的量程切换。当真空度超过设定阈值，以及真空度突然发生量级变化时，微处理器给出一发报警器和键盘/显示器工作。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型可以有效控制国内外超高真空冷阴极电离规管，测量范围宽：测量上限1×10^-1Pa、下限5×10^-9Pa。本实用新型具有真空度报警阈值设定功能，当真空度超过设定阈值、真空度突然变化时，报警器工作并关断高压电源；具有自动切换量程功能：还具有真空度、报警和时间显示功能。采用六只键盘进行功能设定，6位高亮度数码管显示真空度、时钟和报警。另外本实用新型采用Watchdog技术和数字滤波增加了可靠性。本实用新型能与国外冷阴极电离超高真空计控制器媲美，但价格低廉。

本实用新型的各组成部分也具有各自的特点：

高压电源采用逆程变压器、逆程电容、以及采用固定频率和占空比、反馈调压方式等技术，最终达到稳定高压的目的。整个电路简单、可靠。高压48小时漂移及高频纹波小于1×10^-3。

程控放电电流放大器采用具有超低偏置电流的单片运算放大器，量程切换采用超低漏电流模拟开关，在微处理器的控制下，自动切换量程。这些为精确测定10^-9Pa以上真空度提供保证。

模数转换器由V/F转换器AD650和计数器8253担任，抗干扰性能强，线性好。转换频率为10Hz。

时钟芯片DS12887在给整个系统提供时钟的同时，内置的114个字节非易失性RAM可用于真空报警阈值上下限的设置，以及一些系统关键配置数据的存储。

整个系统软件用工程C语言编写，移植性好，易于实现多种功能。通讯接口支持RS232C和现场总线CAN协议。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

附图1，本实用新型与冷阴极电离规管示意图。其中，1-冷阴极电离规管，2-程控放电电流放大器，3-高压电源，4-微处理器单元，5-模数转换器，6-量程切换器，7-微处理器，8-键盘/显示器，9-通讯接口，10-报警器。

附图2，本实用新型电路原理图。

附图3，系统程序工作流程图。