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| 電容式真空計原理 |
| 發布時間：2014-10-29 瀏覽： 次 |
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在薄膜真空計中，薄膜在壓力差作用下所產生的彈性變形量，可以采用機械的、光學的和電學的多種方法測量。由于采用電學方法，尤其是電容法，進行測量的靈敏度高，因此近年來利用電容法所制成的電容式薄膜真空計，已經逐漸地代替了傳統的機械式薄膜真空計，獲得了廣泛的應用。 電容式薄膜真空計是由電容式薄膜規管(或稱電容式壓力傳感器)和測量線路兩部分組成。雙電容差動式薄膜規管的結構如圖1所示。它包括兩個結構完全相同的圓形固定電極和一個公用的膜片構成的活動電極。 活動電極薄膜將規管內部空間分成相互密封的測量室和參考室，固定電極和活動電極薄膜構成差動電容器，并作為電橋的兩個臂布置在線路中。 當活動電極處于中間位置時，兩個電容器的電容量相等;一旦活動電極由于壓差作用偏離中間位置時，如圖1中虛線所示的位置，則會出現其中一個電容器的電容量增加，而另一個電容器的電容量減少的現象。 這時由于電容變化使電橋不再平衡，因而會產生輸出電壓，將該輸出電壓經過放大器放大后，再由檢波器轉換成直流電壓后即可進行測量。不同的輸出電壓對應不同的氣體壓力，這就是電容薄膜式真空計進行壓力測量的基本原理。 目前這種真空計可根據測量電容方法的不同分成兩種結構，即零位法和偏位法。前者是一種補償法，具有較高的測量精度，目前大都作為低真空測量的標準真空計被計量部門所采用。  圖1 電容式薄膜真空計規管的結構示意圖 1-固定電極：2-膜片活動電極 一種只使用單側電容的零位法電容式薄膜真空計的結構原理如圖2所示，它是由電容式薄膜規管測量電橋電路，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元件所組成。 在圖2中的電容式真空計規管中間放置一張金屬彈性膜片，在膜片的一側裝有一個固定電極，當膜片兩側的壓力差為零時，固定電極與膜片形成一個靜態電容C0，并與線路中電容C1串聯后作為測量電橋的一條橋臂后，再與電路中的電容C2、C3和C4與C5的串聯電容組成其他的三條橋臂。  圖2 零位法薄膜真空計的結構原理圖 由于金屬膜片1將薄膜真空規管中分為A、B兩室并將A室與被測真空系統相連接，B室與壓力為P0的高真空系統(P0<10-3 Pa)相連接。在兩室的連通管道上設置高真空閥門7。測量時，先將閥門7打開，用高真空抽氣系統將規管內膜片兩側的空間抽至參考壓力Pb。同時調節測量電橋電路，使之平衡，即指示儀表指零。 然后關閉閥門7，測量室A接通被測真空系統。 當被測壓力P1>Pb時，由于規管中的壓力差為P1- Pb，膜片發生應變引起電容C0改變，破壞了測量電橋電路的平衡，指示儀表上亦有相應的指示。 調節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。 根據補償電壓的大小，就能得出被測壓力P1。故有： P1 - Pb = KU2 式中 P1-被測壓力; Pb-參考壓力; U-補償電壓; K-規管常數，K=C0/d0，C0和d0分別為固定電極與膜片平衡狀態下的靜態電容和間距。 當P1 》Pb時，測量結果就是絕對壓力，即 P1 = KU2 單電容零位法電容式薄膜真空計的測量范圍為10-1～101Pa，其規管常數K可通過校準得到。而差動式雙電容薄膜真空計，不但提高了電容式薄膜真空計的測量精度，而且擴大了量程范圍，其測量下限可達到10-3Pa。 電容式薄膜真空計為全壓計，即所測結果是氣體與蒸氣的全壓強。同時具有測量結果與氣體成分無關、測量精度高(一般 ≤(0.1～2)%)、反應速度快(<2～100ms)、溫度影響小和測量范圍寬的特點。 其測量下限可達l0-3～10-2Pa。由于其性能穩定，重復性好，目前已被用做標準真空計。其響應時間快，抗過載能力強，結構牢固，使用方便，非常適合于對氧、水蒸氣及油蒸氣等氣體壓力的測量。因此是比較理想的一種真空計。 本文由愛加真空(http://www.xchuang.cn)載自中國真空網，版權歸原作者所有！ 推薦閱讀 |
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