電容式薄膜真空計的結(jié)構(gòu)及工作原理
根據(jù)彈性薄膜在壓差作用下產(chǎn)生形變而引起電容變化的原理制成的真空計稱為電容薄膜真空計。它由電容式薄膜規(guī)管(又稱為電容式壓力傳感器)和測量儀器兩部分組成。根據(jù)測量電容的不同方法,儀器結(jié)構(gòu)有偏位法和零位法兩種。零位法是一種補償法,具有較高的測量精度。目前在計量部門作為低真空副標準真空計的就是采用零位法結(jié)構(gòu)。
如下圖所示為零位法電容式薄膜真空計的結(jié)構(gòu)原理圖。它由電容式薄膜規(guī)管、測量電橋電路、直流補償電源、低頻振蕩器、低頻放大器、相敏檢波器和指示儀表等組成。
圖 零位法薄膜真空計的結(jié)構(gòu)原理圖
電容式薄膜規(guī)管的中間裝著一張金屬彈性膜片,在膜片的一側(cè)裝有一個固定電極,當(dāng)膜片兩側(cè)的壓差為零時,固定電極與膜片形成一個靜態(tài)電容C0,它與電容C1串聯(lián)后作為測量電橋的一條橋臂,電容C2、C3、C4與C5的串聯(lián)組成其他三條橋臂。
金屬彈性膜片將薄膜真空計隔離成兩個室,分別為接被測真空系統(tǒng)的測量室和接高真空系統(tǒng)(pb<10-3Pa)的參考壓力室。在這兩個室的連通管道上設(shè)置一個高真空閥門7。測量時,先將閥門7打開,用高真空抽氣系統(tǒng)將規(guī)管內(nèi)膜片兩側(cè)的空間抽至參考壓力pb,同時調(diào)節(jié)測量電橋電路,使之平衡,即指示儀表指零。
然后,關(guān)閉閥門7,測量室接通被測真空系統(tǒng)。當(dāng)被測壓力p1 >pb時,由于規(guī)管中的壓力差p1-pb,膜片發(fā)生應(yīng)變引起電容C0改變,破壞了測量電橋電路的平衡,指示儀表上亦有相應(yīng)的指示。調(diào)節(jié)直流補償電源電壓對電容C0充電,使其靜電力與壓差相等,此時,電橋電路重新達到平衡,指示儀表又重新指零。根據(jù)補償電壓的大小,就能得出被測壓力p1,故有
式中:p1———被測壓力;
pb———參考壓力;
U———補償電壓;
K———規(guī)管常數(shù)。K=C0/d0,C0和d0分別為固定電極與膜片平衡狀態(tài)下的靜態(tài)電容和間距。當(dāng)p1>>pb時,測量結(jié)果就是絕對壓力,即
電容式薄膜真空計測量范圍為10-1~101Pa,其規(guī)管常數(shù)K可通過校準得到。