背景技術：

1、由于通過氣體的傳熱速率是氣體壓力的函數(shù)，因此在某些條件下，通過適當?shù)男?，可以使用從加熱的感測組件到氣體的傳熱速率的測量來確定氣體壓力。此原理用于公知的皮拉尼真空計，其中，利用惠斯通電橋網(wǎng)絡或其他電路測量熱損耗，該惠斯通電橋網(wǎng)絡或其他電路同時用于加熱感測組件和測量其電阻。在皮拉尼真空計中，溫度敏感電阻作為惠斯通電橋的一個臂進行連接。溫度敏感電阻暴露于要測量壓力的真空環(huán)境中。

2、常規(guī)的皮拉尼真空計針對若干已知壓力進行校準，以確定氣體壓力與氣體功率損耗或電橋電壓之間的關系。然后，假設端部損耗和輻射損耗保持不變，氣體的未知壓力可以由氣體損耗的功率直接確定或者與電橋平衡時的電橋電壓相關。

技術實現(xiàn)思路

1、示例實施方式包括熱傳導真空計，該熱傳導真空計包括封殼和控制器，該封殼包圍氣體體積，傳感器導線定位在氣體體積內(nèi)?？刂破骺梢员慌渲脼樘峁醾鲗д婵沼嫷墓β屎纳⒛Ｐ停摴β屎纳⒛Ｐ桶ㄓ捎趥鞲衅鲗Ь€端部觸頭的導熱損耗、從傳感器導線向氣體封殼的輻射損耗以及通過周圍的氣體從傳感器導線的與壓力相關的導熱損耗引起的功率損耗?？刂破魅缓罂梢詫鞲衅鲗Ь€施加功率輸入以加熱傳感器導線，并測量在施加功率輸入期間的總功率耗散wt、傳感器導線溫度ts、以及封殼溫度te?？刂破骺梢赃M一步基于測得的wt、ts、以及te和功率耗散模型確定封殼內(nèi)的氣體壓力。

2、熱傳導真空計可以是皮拉尼真空計?？刂破骺梢员贿M一步配置為：1)在后續(xù)時間，測量在施加功率輸入期間的總功率耗散wt、傳感器導線溫度ts、以及封殼溫度te的后續(xù)值；以及2)基于后續(xù)值確定端部損耗系數(shù)g和輻射損耗系數(shù)e中的至少一個隨時間的變化。

3、控制器還可以進一步被配置為：1)測量當功率輸入不同時總功率耗散wt和傳感器導線溫度ts的多個不同值；2)確定總功率耗散wt和傳感器導線溫度ts的多個不同值的數(shù)學擬合；以及3)基于數(shù)學擬合確定端部損耗系數(shù)g和輻射損耗系數(shù)e的值。當功率輸入不同時，封殼溫度te保持在恒定值。控制器可以進一步被配置為基于端部損耗系數(shù)g和輻射損耗系數(shù)e中的至少一個與參考值的比較來輸出移除和替換傳感器導線的通知。控制器可以進一步被配置為1)基于數(shù)學擬合確定氣體適應系數(shù)a，氣體適應系數(shù)a取決于外殼內(nèi)的氣體類型；以及2)基于氣體適應系數(shù)a確定外殼內(nèi)的氣體壓力量度。

4、控制器可以進一步被配置為1)基于傳感器導線溫度ts在給定時間段內(nèi)的變化確定傳感器導線cs的熱容量；以及2)基于傳感器導線cs的熱容量確定外殼內(nèi)的氣體壓力量度?？刂破骺梢曰趥鞲衅鲗Ь€溫度ts在給定時間段內(nèi)的冷卻速率確定傳感器導線cs的熱容量?？刂破骺梢源_定在外殼內(nèi)的氣體壓力增大期間氣體壓力量度。

5、另外的實施方式包括一種操作熱傳導真空計的方法，該熱傳導真空計包括在封殼內(nèi)的氣體體積中的傳感器導線?？梢蕴峁醾鲗д婵沼嫷墓β屎纳⒛Ｐ?，該功率耗散模型包括由于傳感器導線端部觸頭的導熱損耗、從傳感器導線向氣體封殼的輻射損耗以及通過周圍的氣體從傳感器導線的與壓力相關的導熱損耗引起的功率損耗?？梢詫鞲衅鲗Ь€施加功率輸入，并可以測量在施加功率輸入期間的總功率耗散wt、傳感器導線溫度ts、以及封殼溫度te。然后可以基于測得的wt、ts、以及te和功率耗散模型確定封殼內(nèi)的氣體壓力。

6、熱傳導真空計的零偏移可以通過以下方式建模：1)將封殼抽空至基本上零壓力；2)對傳感器導線施加功率輸入；3)測量在施加功率輸入期間的總功率耗散wt、傳感器導線溫度ts、以及封殼溫度te；以及3)根據(jù)wt、ts和te確定功率耗散模型中的端部損耗系數(shù)g和輻射損耗系數(shù)e。端部損耗系數(shù)g可以對應于在對傳感器導線施加功率輸入期間端柱處的熱損耗，該等端柱耦合到傳感器導線。輻射損耗系數(shù)e可以對應于在對傳感器導線施加功率輸入期間傳感器導線的輻射損耗?？梢源_定對傳感器導線溫度和封殼溫度中的至少一個的變化進行補償?shù)臏囟妊a償值，溫度補償值是端部損耗系數(shù)g和輻射損耗系數(shù)e中的至少一個的函數(shù)；可以基于溫度補償值確定氣體壓力量度。

7、另外的實施方式包括一種操作熱傳導真空計的方法。當容納熱傳導真空計的傳感器導線和封殼的外殼表現(xiàn)出基本上零壓力時可以對傳感器導線施加功率輸入。可以測量在施加功率輸入期間的總功率耗散wt、傳感器導線溫度ts、以及封殼溫度te?？梢曰趥鞲衅鲗Ь€溫度ts在給定時間段內(nèi)的變化確定傳感器導線cs的熱容量?；趥鞲衅鲗Ь€的熱容量cs和施加到傳感器導線的功率輸入的量度確定氣體壓力量度。

8、可以基于傳感器導線溫度ts在給定時間段內(nèi)的冷卻速率確定傳感器導線的熱容量cs?？梢源_定在外殼內(nèi)的氣體壓力增大期間的氣體壓力量度。

9、另外的實施方式包括熱傳導真空計，該熱傳導真空計包括封殼和控制器，該封殼包圍氣體體積，傳感器導線定位在該氣體體積內(nèi)?？刂破骺梢员慌渲脼椋?)當容納熱傳導真空計的傳感器導線和封殼的外殼表現(xiàn)出基本上零壓力時對傳感器導線施加功率輸入；2)測量在施加對傳感器導線加熱的總功率耗散wt、傳感器導線溫度ts、以及封殼溫度te；3)基于傳感器導線溫度ts在給定時間段內(nèi)的變化確定傳感器導線cs的熱容量；以及4)基于傳感器導線的熱容量cs和施加到傳感器導線的功率輸入的量度確定外殼內(nèi)的氣體壓力量度。

技術特征：

1.一種熱傳導真空計，包括：

2.如權利要求1所述的熱傳導真空計，其中，該熱傳導真空計是皮拉尼真空計。

3.如權利要求1所述的熱傳導真空計，其中，該控制器進一步被配置為：

4.如權利要求1所述的熱傳導真空計，其中，該控制器進一步被配置為：

5.如權利要求4所述的熱傳導真空計，其中，當該功率輸入不同時，該封殼溫度te保持在恒定值。

6.如權利要求4所述的熱傳導真空計，其中，該控制器進一步被配置為基于該端部損耗系數(shù)g和該輻射損耗系數(shù)e中的至少一個與參考值的比較來輸出移除和替換該傳感器導線的通知。

7.如權利要求4所述的熱傳導真空計，其中，該控制器進一步被配置為：

8.如權利要求1所述的熱傳導真空計，其中，該控制器進一步被配置為：

9.如權利要求8所述的熱傳導真空計，其中，該控制器基于該傳感器導線溫度ts在該給定時間段內(nèi)的冷卻速率確定該傳感器導線cs的熱容量。

10.如權利要求8所述的熱傳導真空計，其中，該控制器確定在該外殼內(nèi)的氣體壓力增大期間該氣體壓力量度。

11.一種操作熱傳導真空計的方法，該熱傳導真空計包括在封殼內(nèi)的氣體體積中的傳感器導線，該方法包括：

12.如權利要求11所述的方法，其中，該熱傳導真空計是皮拉尼真空計。

13.如權利要求11所述的方法，進一步包括：

14.如權利要求11所述的方法，進一步包括：

15.如權利要求14所述的方法，其中，當該功率輸入變化時，該封殼溫度te保持在恒定值。

16.如權利要求14所述的方法，進一步包括基于該端部損耗系數(shù)g和該輻射損耗系數(shù)e中的至少一個與參考值的比較來選擇性地移除和替換該傳感器導線。

17.如權利要求14所述的方法，進一步包括：

18.如權利要求11所述的方法，進一步包括：

19.如權利要求18所述的方法，其中，基于該傳感器導線溫度ts在該給定時間段內(nèi)的冷卻速率確定該傳感器導線cs的熱容量。

20.如權利要求18所述的方法，其中，確定在該外殼內(nèi)的氣體壓力增大期間的該氣體壓力量度。

21.如權利要求11所述的方法，進一步包括通過以下方式對該熱傳導真空計的零偏移進行建模：

22.如權利要求21所述的方法，其中，該端部損耗系數(shù)g對應于在對該傳感器導線施加該功率輸入期間端柱處的熱損耗，該等端柱耦合到該傳感器導線。

23.如權利要求21所述的方法，其中，該輻射損耗系數(shù)e對應于在對該傳感器導線施加該功率輸入期間該傳感器導線的輻射損耗。

24.如權利要求21所述的方法，進一步包括：

25.一種操作熱傳導真空計的方法，包括：

26.如權利要求25所述的方法，其中，基于該傳感器導線溫度ts在該給定時間段內(nèi)的冷卻速率確定該傳感器導線cs的熱容量。

27.如權利要求25所述的方法，其中，確定在該外殼內(nèi)的氣體壓力增大期間的該氣體壓力量度。

28.一種熱傳導真空計，包括：

29.如權利要求28所述的熱傳導真空計，其中，該控制器基于該傳感器導線溫度ts在該給定時間段內(nèi)的冷卻速率確定該傳感器導線cs的熱容量。

30.如權利要求28所述的熱傳導真空計，其中，該控制器確定在該外殼內(nèi)的氣體壓力增大期間該氣體壓力量度。

31.一種操作熱傳導真空計的方法，該熱傳導真空計包括在封殼內(nèi)的氣體體積中的傳感器導線，該方法包括：

32.如權利要求31所述的方法，其中，該功率耗散模型進一步包括由于該傳感器導線端部觸頭的導熱損耗、從該傳感器導線向該氣體封殼的輻射損耗以及通過周圍的氣體從該傳感器導線的與壓力相關的導熱損耗引起的功率損耗。

33.如權利要求31所述的方法，其中，該端部損耗系數(shù)g對應于在對該傳感器導線施加該功率輸入期間端柱處的熱損耗，該等端柱耦合到該傳感器導線。

34.如權利要求31所述的方法，其中，該輻射損耗系數(shù)e對應于在對該傳感器導線施加該功率輸入期間該傳感器導線的輻射損耗。

35.如權利要求31所述的方法，進一步包括：

技術總結
一種熱傳導真空計實施功率耗散模型以準確測量氣體壓力。封殼包圍氣體體積，并且傳感器導線定位在該氣體體積內(nèi)?？刂破魈峁醾鲗д婵沼嫷墓β屎纳⒛Ｐ停摴β屎纳⒛Ｐ桶ㄓ捎趥鞲衅鲗Ь€端部觸頭的導熱損耗、從傳感器導線向氣體封殼的輻射損耗以及通過周圍的氣體從傳感器導線的與壓力相關的導熱損耗引起的功率損耗。控制器然后對傳感器導線施加功率輸入以加熱傳感器導線，并測量在施加功率輸入期間的總功率耗散W<subgt;T</subgt;、傳感器導線溫度T<subgt;s</subgt;、以及封殼溫度T<subgt;e</subgt;。基于測得的W<subgt;T</subgt;、T<subgt;s</subgt;、以及T<subgt;e</subgt;和功率耗散模型確定封殼內(nèi)的氣體壓力。

技術研發(fā)人員：G·A·布魯克,S·C·海因布赫,T·C·斯文尼
受保護的技術使用者：萬機儀器公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/22