真空計是測量真空度的儀器，目前市場上大多數熱偶規真空計都是一個熱偶規對應一個真空計，雖然有數值顯示，但只有開關量的輸出，沒有實時數據的輸出，不方便二次開發和利用。多通道熱偶規真空計可以同時對8 路熱偶規的信號做出處理，并且通過RS232 將數據輸出，可以更加直觀的觀察到真空度的變化。同時具有過載保護功能，當被測壓力超出熱偶規的量程時會自動切斷恒流源對熱偶規管進行保護。在使用的過程中不僅節省了空間，降低了測試成本，而且減少了復雜的布線。

　　隨著社會的進步和生產力的不斷提高，真空技術得到了迅速發展，廣泛的應用于國防建設、經濟建設和科學事業各個領域，推動并促進了科技研究和生產技術的發展。真空測量技術是真空技術的一個重要環節，主要由傳感器及其相應部件組成的真空測量設備完成，真空度的準確測量對于生產和科學研究都有著重大的影響。

　　熱偶規真空計是在冶金、機械、化工、電子等科研和生產領域中測量0.1~100 Pa 低真空時常用的一種測量儀器。傳統的熱偶真空計都是與熱偶規單一對應的，不能直接對真空度進行連續準確讀取。多通道熱偶規真空計可以同時采集八路熱偶規信號，測量準確度高，且能方便地讀取實時真空度，還可以根據實際應用將其進行功能擴展，具有較強的實用性。

1、多通道熱偶規真空計的硬件設計

　　熱偶規真空計硬件結構如圖1 所示，可分為單片機最小系統、AD 轉換模塊、恒流源模塊、信號采集放大模塊以及串口通訊模塊，其中熱偶規是作為感應元件，將被測環境的壓強信號轉換為微弱的電信號，經過信號采集放大模塊和A/D 轉換，通過模擬開關送入單片機進行數據分析處理，最后通過串口模塊將真空度輸出，其中恒流源模塊、信號采集放大模塊和AD 轉換模塊是整個硬件設計核心。

圖1 多通道熱偶規真空計硬件結構

　　恒流源模塊的作用是為熱偶規管中的加熱絲提供一個恒定的電流，保證熱偶規管穩定工作，測量準確，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)本文描述其原理如圖2 所示。

圖2 恒流源模塊電路原理圖

　　恒流源元件選用運算放大器HAF17358 和三極管組合的模式，并采用數字電位器X9C102 實現電流調節。

　　信號采集放大電路的主要功能是將熱偶規管輸出的微弱電壓信號進行采集并適當放大，使信號可以被AD 模塊采集讀取，其性能直接影響多通道真空規測試儀測量真空度的準確性和穩定性。因此選用儀表放大器AD620 作為主要的放大元件，再經過一個由HA17358 組成的電壓跟隨器將放大后的信號送入AD 采集模塊，電路原理圖如圖3 所示。

圖3 信號采集放大電路原理圖

　　A/D 轉換模塊是把熱偶規輸出的模擬量信號轉換為數字量信號，模塊選用AD7705 作為轉換芯片，AD7705 是16 位無丟失，雙通道全差分模擬輸入A/D 轉換器，可以接受來自傳感器的低電平輸入信號，然后產生串行的數字輸出，通過片內控制

　　寄存器可調節濾波器的截止點和輸出更新頻率。該芯片是用于智能系統、微控系統和基于DSP 系統的理想產品，其串行接口可以配置為3 線接口，增益值、信號極性、更新頻率等都可以通過串行輸入口進行配置，還配備了自校準和系統校準選項，以消除器件本身和系統的增益和偏移誤差。AD 轉換模塊的電路原理圖如圖4 所示。

圖4 AD 轉換模塊電路原理圖

2、多通道熱偶規真空計的軟件設計

　　多通道真空規測試儀的軟件設計如圖5 所示，主要功能模塊包括恒流源控制模塊、數據采集及處理模塊、數據發送模塊等。使用傳統的循環模式執行整個程序，采用模塊化的編程思想，有利于程序的調試、維護、擴展。

圖5 多通道熱偶規真空計軟件流程圖

　　當多通道熱偶規真空計上電后，會首先對恒流源模塊進行調節，并進行自檢，若恒流源達到設定值，待穩定后對熱偶規產生的信號進行放大采集，判斷壓力是否超出熱偶規的量程。若超出量程，則關閉恒流源對熱偶規進行保護;若沒有超出量程，則對信號進行分析計算，將得到的真空度通過串口模塊發送出去。如此循環，達到實時采集真空度的目的。

3、多通道熱偶規真空計的非線性補償

　　熱偶規在測量不同的壓強時會有對應的熱電勢輸出，如式(1)所示：

V=f(P) (1)

　　式中：V 是熱偶規的電壓輸出值;P 是壓強值;熱偶規的輸出值V 與壓強值P 之間存在函數關系，但是這個關系式非線性的，想精確測量壓強，就必須對熱偶規的非線性進行補償修正[5]。根據選用的不同熱偶規的量程，用高精度真空計在量程范圍內選取不同的壓力點進行測量，記錄下每個測量點的壓力值和熱偶規對應的電壓輸出值，如表1 所示。

表1 測試數據

　　利用Orange 軟件進行擬合得到擬合函數，擬合得到的曲線如圖6 所示：

圖6 函數擬合曲線圖

　　通過擬合的曲線圖可以看出，擬合的曲線與測試點數據十分接近。可根據實際的精度要求和具體使用情況來確定擬合次數，將最優的擬合函數寫入單片機，完成真空計的非線性修正補償工作，保證真空度測量準確性。

4、實驗結果

　　對多通道熱偶規真空計與高精度標準真空計進行測量對比實驗。在5 個壓力點分別對8 路熱偶規進行信號采集并記錄得到的真空度，如表2 所示。

表2 實驗數據

　　從上表可以看出，多通道熱偶規真空計在整個實驗過程中得到的數據與標準真空計基本吻合，精度和穩定性都滿足要求。

5、結語

　　多通道熱偶規真空計以高性能微處理器為核心，采用了模塊化的硬件結構設計。在軟件上采用抗干擾技術，進一步提高多通道真空計的整體性能，并使用Orange 數學軟件對熱偶規的非線性進行擬合，方便簡單，保證了真空度測量的準確性。經過實際使用驗證，多通道熱偶規真空計可以互不干擾同時完成8 路熱偶規信號的采集和數據處理，降低了使用成本，節省空間，具有較好的應用前景。