一种真空测量系统及装置的制作方法

本实用新型涉及真空测量技术领域，尤其涉及一种真空测量系统及装置。

背景技术：

目前的真空度的测量大多采用皮拉尼原理铂金丝测量方式，具体原理为：真空度不同则单位体积内的空气分子数就不同，那么带走正在发热的电阻丝的热量的能力就不同，电阻丝温度进而变化，由于电阻率是温度的函数，则不同的真空度就会引起电阻变化，进而导致电阻丝上的压降变化，根据压降变化即能换算出空气压强即真空度。现有的真空计是通过在金属圆通内设置一白金细线，白金细线两端连接电极，通过给白金细线提供电流时，白金细线会发热，气体分子碰撞白金细线或热辐射或通过固定热传导等方式，白金细线的热量会被夺走，进而计算出当前的真空度，然而此种测量方式中的白金细线容易断丝损坏，大大缩短了其使用寿命。其次，现有真空计工作过程中极易受到温度的影响，准确度大大降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中真空计容易断丝损坏的问题，提供一种真空测量系统及装置。

本实用新型提供了一种真空测量系统，所述系统包括基于mems芯片技术的真空度感知单元和控制单元；所述真空度感知单元包括基准电压模块、至少两个并联的闭合回路；所述基准电压模块为闭合回路提供基准电压，每个闭合回路上设有若干电阻；控制单元通过获取任意两个闭合回路中电阻上的压降数据进而实现真空度的测量。

作为一选项，所述信号调理单元将接收到的压降数据进行预处理后传输至控制单元。

作为一选项，所述至少两个并联的闭合回路均包括两个串联连接的电阻，分别从对应闭合回路中两个串联连接的电阻之间引出真空度数据采集端，所述真空数据采集端与信号调理单元连接。

作为一选项，所述信号调理单元具体为具有滤波、增益放大、模数转换功能的模数转换芯片。

作为一选项，所述控制单元具体为单片机。

作为一选项，所述系统还包括温度采集单元，所述温度采集单元输出端与所述控制单元连接。

作为一选项，所述系统还包括通信单元，所述通信单元与控制单元双向连接，用于实现真空度数据的远传功能。

作为一选项，所述统还包括显示单元，所述显示单元与控制单元输出端连接，用于显示实时真空度数据。

作为一选项，所述系统还包括电源单元，所述电源单元输出端与真空度感知单元、控制单元连接，为系统提供工作电压。

本实用新型还包括一种装置，所述装置包括上述真空测量系统和外部系统，所述外部系统与所述真空测量系统经真空测量系统中的通信单元连接。

与现有技术相比，本实用新型有益效果是：

(1)本实用新型系统包括基于mems芯片技术的真空度感知单元和控制单元，真空度感知单元包括基准电压模块、至少两个并联的闭合回路；基准电压模块为闭合回路提供基准电压，闭合回路上设有若干电阻；控制单元通过获取闭合回路中电阻上的压降数据进而实现对被测环境的真空度测量。系统中基于mems芯片技术的真空度感知单元和控制单元替代传统的测量丝状结构，能够有效避免现有真空计在使用过程中出现的断丝问题延长了使用寿命。真空度感知单元还能进一步解决传统真空计出现的发热、产生火花的问题，安全性高。

(2)本实用新型系统还包括信号调理单元，信号调理单元将接收到的压降数据进行预处理后传输至控制单元，控制单元进而计算出被测环境的真空度数据。

(3)本实用新型的信号调理单元具体为具有滤波、增益放大、模数转换功能的模数转换芯片，以对模拟压降数据进行滤波、增益放大、模数转换处理，以使控制单元能够识别，进而实现对环境真空度的测量。

(4)本实用新型系统还包括温度采集单元，其输出端与控制单元连接，用于采集被测环境的实时温度数据并传输至控制单元，控制单元根据该实时温度数据进行温度补偿处理，以实现高精度的真空度测量。

(5)本实用新型系统还包括通信单元，其与控制单元双向连接，用于实现被测环境真空度数据的远传功能。

(6)本实用新型系统还包括显示单元，其与控制单元输出端连接，用于实时显示被测环境的真空度。

(7)本实用新型系统还包括电源单元，用于为该真空测量系统提供工作电压。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型实施例1的真空度感知单元的电路原理图；

图2为本实用新型实施例1的信号调理单元的电路原理图；

图3为本实用新型实施例1的控制单元的电路原理图；

图4为本实用新型实施例1的温度采集单元的电路原理图；

图5为本实用新型实施例1的通信单元的电路原理图；

图6为本实用新型实施例1的电源单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，在实施例1中，一种真空测量系统，用于解决现有技术中真空计容易出现断丝损坏的问题，系统包括基于mems芯片技术的真空度感知单元和控制单元，mems即微机电系统，封装完成后整个系统芯片尺寸小，方便使用。真空度感知单元包括基准电压模块、至少两个并联的闭合回路；基准电压模块为闭合回路提供基准电压，每个闭合回路上设有若干电阻；控制单元通过获取任意两个闭合回路中电阻上(电阻之间)的压降数据进而实现真空度的测量。本实用新型真空度感知单元包括一基准电压模块ref3030aidbzr、两个并联的闭合回路，每个闭合回路上设有2个电阻，通过获取闭合回路中两个电阻之间的压降数据进而实现对被测环境的真空度测量，具体的测量公式为：

y＝(a+bx)/(1+cx+dx2)

上式中，y为真空值；a、b、c、d为标定常数；x为闭合回路中电阻上压降值，即压降数据的值。通过该基于mems芯片技术的真空度感知单元和控制单元替代传统的测量丝状结构，能够有效避免现有真空计在使用过程中出现的断丝问题延长了使用寿命。其中，基准电压模块ref3030aidbzr能够提供高精度基准电压，其精度(电压值的偏差、漂移、电流调整率等指标参数)要大于普通的齐纳稳压二极管或三端稳压器，保证了真空度测量的精度。需要进一步说明的是，本实用新型中的测量公式属于现有技术，旨在用于帮助更好的理解本实用新型技术方案，不属于本申请保护内容。

作为一选项，本实用新型真空度感知单元包括一基准电压模块ref3030aidbzr、3个并联的闭合回路，每个闭合回路上设有2个电阻，获取第一闭合回路、第二闭合回路中两个电阻之间的第一压降数据，同时获取第一闭合回路、第三闭合回路中两个电阻之间的第二压降数据或者获取第二闭合回路、第三闭合回路中两个电阻之间的第三压降数据，将上述压降数据传输至控制单元，控制单元根据上述压降数据计算当前被测环境的真空度，若多组压降数据计算出的当前被测环境真空度值超过一定阈值，重新测算当前被测环境真空度，进一步保证了系统的准确性。

进一步地，本实施例中两个并联的闭合回路为第一闭合回路和第二闭合回路。第一闭合回路包括两个串联连接的电阻rk、rp，电阻rk另一端连接至基准电压(dc3.0v)，电阻rp另一端接地；第二闭合包括两个串联连接的电阻r3、r11，电阻r3另一端连接至基准电压(dc3.0v)，电阻r11另一端接地，从电阻rk、rp指间引出第一真空度数据采集端in⁺，从电阻r3、r11之间引出第二真空度数据采集端in^-，第一真空度数据采集端in⁺、第二真空度数据采集端in^-与信号调理单元连接，以将压降数据输入至信号调理单元进行预处理。

进一步地，系统还包括顺次连接的信号调理单元，信号调理单元将接收到的压降数据进行预处理后传输至控制单元，控制单元进而计算出被测环境的真空度数据。如图2所示，信号调理单元具体为具有滤波、增益放大、模数转换功能的模数转换芯片ads1246ipwr，用于对压降数据(模拟信号)进行滤波、增益放大、模数转换处理，以使控制单元能够识别，进而实现对环境真空度的测量。更为具体地，第一真空度数据采集端in+经电阻r7(1kω)与数转换芯片ads1246ipwr的引脚7连接，第二真空度数据采集端in^-电阻r9(1kω)与数转换芯片ads1246ipwr的引脚8连接，以将对压降数据进行数模转换。

进一步地，如图3所示，控制单元具体为单片机stm32l031f6p6，功耗低，计算能力强且成本低，体积小，利于进一步的系统集成。单片机stm32l031f6p6的引脚14、引脚18、引脚10、引脚17、引脚12、引脚13、引脚11分别与模数转换芯片ads1246ipwr的引脚4、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16连接，以将完成滤波、放大、模数转换的压降数据传输至控制单元进一步处理。

进一步地，系统还包括温度采集单元，温度采集单元输出端与控制单元连接。如图4所示，温度采集单元具体为温度传感器ds18b20，用于采集被测环境的实时温度数据并传输至控制单元，控制单元根据该实时温度数据进行温度补偿处理，以实现高精度的真空度测量。更为具体地，具体的温度补偿公式为：

p＝t0/t*y+e

上式中，p表示最终真空度，单位为pa；t0为温度传感器检测出的被环境的实时温度值；t0/t表示温度斜率，其中t为常量，e表示偏移常量。需要进一步说明的是，本实用新型中的温度补偿公式属于现有技术，旨在用于帮助更好的理解本实用新型技术方案，不属于本申请保护内容。

进一步地，系统还包括通信单元，通信单元与控制单元双向连接，用于实现真空度数据的远传功能。具体地，如图5所示，通信单元具体采用的全双工通信芯片max3471eua，全双工通信芯片max3471eua的引脚1、引脚4与单片机stm32l031f6p6的引脚9、引脚8连接，全双工通信芯片max3471eua的引脚7、引脚6与外部系统中通信芯片的数据传输引脚连接，以将本实用新型的真空测量数据远程传输至外部系统。

进一步地，统还包括显示单元，显示单元与控制单元输出端连接，用于显示实时被测环境的真空度。作为一选项，显示单元具体为lcd芯片，具体为液晶显示模块lm19264，液晶显示模块lm19264的引脚db0-db7与单片机i/o口连接，由于本实用新型系统单片机stm32l031f6p6的i/o口已经占用，可以采用单片机stm32l433替代单片机stm32l031f6p6，或者采用i/o扩展芯片ch423扩展单片机stm32l031f6p6的i/o口。

进一步地，如图6所示，系统还包括电源单元，电源单元输出端与真空度感知单元、控制单元、温度采集单元、通信单元、显示单元连接，为系统提供3.3v直流工作电压。需要进一步说明的是，信号调理单元的工作电压通过基准电压芯片ref3040aidbzr提供。

实施例2

本实施例与实施例1具有相同的发明构思，提供了一种装置，该装置包括本实用新型实施例1中的真空测量系统和外部系统，外部系统与真空测量系统经真空测量系统中的通信单元连接。需要进一步说明的是，外部系统也包括通信单元，用于与真空测量系统中的通信单元的通信，进而实现数据的交换。

以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。