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| 電容式真空計(jì)原理 |
| 發(fā)布時(shí)間：2014-10-29 瀏覽： 次 |
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在薄膜真空計(jì)中，薄膜在壓力差作用下所產(chǎn)生的彈性變形量，可以采用機(jī)械的、光學(xué)的和電學(xué)的多種方法測(cè)量。由于采用電學(xué)方法，尤其是電容法，進(jìn)行測(cè)量的靈敏度高，因此近年來(lái)利用電容法所制成的電容式薄膜真空計(jì)，已經(jīng)逐漸地代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式薄膜真空計(jì)，獲得了廣泛的應(yīng)用。 電容式薄膜真空計(jì)是由電容式薄膜規(guī)管(或稱電容式壓力傳感器)和測(cè)量線路兩部分組成。雙電容差動(dòng)式薄膜規(guī)管的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的圓形固定電極和一個(gè)公用的膜片構(gòu)成的活動(dòng)電極。 活動(dòng)電極薄膜將規(guī)管內(nèi)部空間分成相互密封的測(cè)量室和參考室，固定電極和活動(dòng)電極薄膜構(gòu)成差動(dòng)電容器，并作為電橋的兩個(gè)臂布置在線路中。 當(dāng)活動(dòng)電極處于中間位置時(shí)，兩個(gè)電容器的電容量相等;一旦活動(dòng)電極由于壓差作用偏離中間位置時(shí)，如圖1中虛線所示的位置，則會(huì)出現(xiàn)其中一個(gè)電容器的電容量增加，而另一個(gè)電容器的電容量減少的現(xiàn)象。 這時(shí)由于電容變化使電橋不再平衡，因而會(huì)產(chǎn)生輸出電壓，將該輸出電壓經(jīng)過(guò)放大器放大后，再由檢波器轉(zhuǎn)換成直流電壓后即可進(jìn)行測(cè)量。不同的輸出電壓對(duì)應(yīng)不同的氣體壓力，這就是電容薄膜式真空計(jì)進(jìn)行壓力測(cè)量的基本原理。 目前這種真空計(jì)可根據(jù)測(cè)量電容方法的不同分成兩種結(jié)構(gòu)，即零位法和偏位法。前者是一種補(bǔ)償法，具有較高的測(cè)量精度，目前大都作為低真空測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)被計(jì)量部門所采用。  圖1 電容式薄膜真空計(jì)規(guī)管的結(jié)構(gòu)示意圖 1-固定電極：2-膜片活動(dòng)電極 一種只使用單側(cè)電容的零位法電容式薄膜真空計(jì)的結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，它是由電容式薄膜規(guī)管測(cè)量電橋電路，直流補(bǔ)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(jì)規(guī)管中間放置一張金屬?gòu)椥阅て?，在膜片的一?cè)裝有一個(gè)固定電極，當(dāng)膜片兩側(cè)的壓力差為零時(shí)，固定電極與膜片形成一個(gè)靜態(tài)電容C0，并與線路中電容C1串聯(lián)后作為測(cè)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(lián)電容組成其他的三條橋臂。  圖2 零位法薄膜真空計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖 由于金屬膜片1將薄膜真空規(guī)管中分為A、B兩室并將A室與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接，B室與壓力為P0的高真空系統(tǒng)(P0<10-3 Pa)相連接。在兩室的連通管道上設(shè)置高真空閥門7。測(cè)量時(shí)，先將閥門7打開(kāi)，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?jí)毫b。同時(shí)調(diào)節(jié)測(cè)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(cè)量室A接通被測(cè)真空系統(tǒng)。 當(dāng)被測(cè)壓力P1>Pb時(shí)，由于規(guī)管中的壓力差為P1- Pb，膜片發(fā)生應(yīng)變引起電容C0改變，破壞了測(cè)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(bǔ)償電源電壓對(duì)電容C0充電，使其靜電力與壓差相等，此時(shí)，電橋電路重新達(dá)到平衡，指示儀表又重新指零。 根據(jù)補(bǔ)償電壓的大小，就能得出被測(cè)壓力P1。故有： P1 - Pb = KU2 式中 P1-被測(cè)壓力; Pb-參考?jí)毫? U-補(bǔ)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(shí)，測(cè)量結(jié)果就是絕對(duì)壓力，即 P1 = KU2 單電容零位法電容式薄膜真空計(jì)的測(cè)量范圍為10-1～101Pa，其規(guī)管常數(shù)K可通過(guò)校準(zhǔn)得到。而差動(dòng)式雙電容薄膜真空計(jì)，不但提高了電容式薄膜真空計(jì)的測(cè)量精度，而且擴(kuò)大了量程范圍，其測(cè)量下限可達(dá)到10-3Pa。 電容式薄膜真空計(jì)為全壓計(jì)，即所測(cè)結(jié)果是氣體與蒸氣的全壓強(qiáng)。同時(shí)具有測(cè)量結(jié)果與氣體成分無(wú)關(guān)、測(cè)量精度高(一般 ≤(0.1～2)%)、反應(yīng)速度快(<2～100ms)、溫度影響小和測(cè)量范圍寬的特點(diǎn)。 其測(cè)量下限可達(dá)l0-3～10-2Pa。由于其性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，目前已被用做標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)。其響應(yīng)時(shí)間快，抗過(guò)載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)牢固，使用方便，非常適合于對(duì)氧、水蒸氣及油蒸氣等氣體壓力的測(cè)量。因此是比較理想的一種真空計(jì)。 本文由愛(ài)加真空(http://jxwlbj.com)載自中國(guó)真空網(wǎng)，版權(quán)歸原作者所有！ 推薦閱讀 |
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