电容式薄膜真空计的工作原理图

2020-05-06 真空技术网 真空技术网整理

  根(gen)据弹(dan)性薄膜(mo)在(zai)压差(cha)作用下(xia)产(chan)生(sheng)应变(bian)而引起电(dian)(dian)(dian)容(rong)变(bian)化的(de)原理制成(cheng)的(de)真空计称为电(dian)(dian)(dian)容(rong)式薄膜(mo)真空计,它由电(dian)(dian)(dian)容(rong)式薄膜(mo)规管(guan)(又称为电(dian)(dian)(dian)容(rong)式压力传感器)和测(ce)量仪器两部分组成(cheng)。根(gen)据测(ce)量电(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)不同方法,仪器结(jie)构(gou)有(you)偏位(wei)法和零(ling)位(wei)法两种。零(ling)位(wei)法是(shi)一种补偿(chang)法,具有(you)较高(gao)的(de)测(ce)量精度(du)。目前在(zai)计量部门作为低(di)真空副标准真空计的(de)就是(shi)采用零(ling)位(wei)法结(jie)构(gou)。

零位法薄膜真空计的结构原理图

图(tu)20 零位法薄膜真空计的结构原理(li)图(tu)

  图(tu)20示出(chu)了零位法电容式(shi)薄膜真空计的(de)结(jie)构原理(li)图(tu)。它由电容式(shi)薄膜规(gui)管、测量电桥电路、直(zhi)流(liu)补偿电源、低(di)频振(zhen)荡器(qi)、低(di)频放大器(qi)、相敏检(jian)波器(qi)和(he)指示仪表(biao)等组成(cheng)。

  电(dian)(dian)容(rong)式薄膜规(gui)管的(de)中(zhong)间装着一张金属弹(dan)性膜片(pian),在膜片(pian)的(de)一侧装有一个固(gu)定电(dian)(dian)极,当膜片(pian)两侧的(de)压差为零时,固(gu)定电(dian)(dian)极与(yu)膜片(pian)形成一个静态电(dian)(dian)容(rong)C0,它与(yu)电(dian)(dian)容(rong)C1串(chuan)联后作为测量电(dian)(dian)桥的(de)一条桥臂,电(dian)(dian)容(rong)C2、C3和C4与(yu)C5的(de)串(chuan)联电(dian)(dian)容(rong)组成其(qi)它三条桥臂。

  金属弹性膜片(pian)将薄膜真(zhen)(zhen)空规(gui)管隔离(li)成两(liang)个(ge)室,分别为(wei)接(jie)被(bei)(bei)测(ce)(ce)真(zhen)(zhen)空系统的(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)室和接(jie)高真(zhen)(zhen)空系统(pb<10-3Pa)的(de)(de)(de)参(can)考压力室。在这两(liang)个(ge)室的(de)(de)(de)连通管道(dao)上设置一个(ge)高真(zhen)(zhen)空阀门(men)(men)7。测(ce)(ce)量(liang)时,先将阀门(men)(men)7打开,用高真(zhen)(zhen)空抽(chou)气系统将规(gui)管内膜片(pian)两(liang)侧的(de)(de)(de)空间(jian)抽(chou)至参(can)考压力pb。同(tong)时调节(jie)测(ce)(ce)量(liang)电(dian)桥电(dian)路,使之平衡,即指(zhi)示仪表(biao)指(zhi)零。然后,关(guan)闭阀门(men)(men)7,测(ce)(ce)量(liang)室接(jie)通被(bei)(bei)测(ce)(ce)真(zhen)(zhen)空系统。当(dang)被(bei)(bei)测(ce)(ce)压力Pl>Pb时,由于规(gui)管中的(de)(de)(de)压力差p1-pb,膜片(pian)发生(sheng)应(ying)变引(yin)起电(dian)容C0改变,破坏了测(ce)(ce)量(liang)电(dian)桥电(dian)路的(de)(de)(de)平衡,指(zhi)示仪表(biao)上亦有相应(ying)的(de)(de)(de)指(zhi)示。调节(jie)直流补(bu)偿电(dian)源电(dian)压对电(dian)容C0充(chong)电(dian),使其(qi)静电(dian)力与(yu)压差相等,此时,电(dian)桥电(dian)路重新(xin)(xin)达到平衡,指(zhi)示仪表(biao)又重新(xin)(xin)指(zhi)零。根据补(bu)偿电(dian)压的(de)(de)(de)大小,就能得出被(bei)(bei)测(ce)(ce)压力p1,故有

  p1-pb=KU2 (12)

  式中(zhong)p1——被测压力(li)

  pb——参考压力

  U——补偿电压(ya)

  K——规(gui)管常(chang)数,其值(zhi)K=Co/d0,Co和(he)d0分别(bie)为(wei)固(gu)定电(dian)极(ji)与膜片在(zai)平衡状态下的静态电(dian)容和(he)间(jian)距。

  当p1》p0时,测量结果就是绝对(dui)压力,即

  p1=KU2 (13)

  电容式(shi)薄膜真空计测量范围为10-1~101Pa,其规管(guan)常数K可通过(guo)校(xiao)准(zhun)得到。

  近年来,电(dian)容式薄膜真(zhen)空(kong)(kong)计(ji)取得(de)了重(zhong)大进展(zhan),新型的(de)双电(dian)容式薄膜真(zhen)空(kong)(kong)计(ji)的(de)问世,提高了该类真(zhen)空(kong)(kong)计(ji)的(de)精度,扩(kuo)展(zhan)了测(ce)量(liang)范围,使其测(ce)量(liang)下(xia)限(xian)可达lO-3Pa。

  单侧双电(dian)容薄膜真空(kong)计具有灵敏度高、气(qi)体的介电(dian)常(chang)数不(bu)变、压力(li)读数完全不(bu)受气(qi)体成分影响(xiang)、反应(ying)速(su)度快等特点。如(ru)将(jiang)其规管(guan)参考室内加(jia)置消气(qi)剂并抽至≤lO-5Pa,就可测量≥lO-3pa的绝对压力(li)。

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