ZJ5410型宽量程复合真空计的研制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)辽宁省计量科学研究院 作者:李树智

  ZJ5410 型复合真空计可进行105 Pa~10-1 Pa 宽量程测试。为ZJ-54D 热偶规管研制了配套的扩流恒流源,同时又为ZJ-10 电离规管研制了由SM89C52 单片机和开关电源模块TOPSwitch 相结合的配套电源,本电源是一款新型宽量程复合真空计电源。本计充分发挥了单片机实时性好,容易扩展,运算速度快等功能,实现了热偶计压力值拟合曲线浮点运算,液晶屏多数据信息同时显示,真空度动态显示,真空度长时间记录和曲线显示等功能。

  随着现代科学技术的进步,真空技术的应用越来越广泛。同时真空测量技术显得越来越重要,对真空计的要求也越来越高。目前在用的真空计大多已不适应新工艺的要求,尤其是在厚膜镀膜过程中,国内生产的真空计满足不了特殊真空设备需要。通过对市场上INFICON、瓦里安和莱宝等品牌真空计的研究,我们研制了适应我们需要的ZJ5410 型宽量程复合真空计,其外型如图1 所示。

ZJ5410 型宽量程复合真空计外形图

图1 ZJ5410 型宽量程复合真空计外形图

1、ZJ5410 型宽量程复合真空计的组成和特点

  ZJ5410 型宽量程复合真空计由ZJ-54D 型热偶真空规管和ZJ-10 型电离真空规管及配套电源组成。在这款配套电源中,热偶加热部分仍采用定流方式加热,但与一般的定流方式又有所不同。首先我们测得了ZJ-54D 型规管上限扩展的标准曲线,并在此曲线的基础上研制了可扩流的恒流源,使该计的测量范围与通常的单一恒流源热偶真空计相比有了很大提高。通常的热偶真空计测量范围是从300 Pa~0.1 Pa,这款真空计测量范围扩展到105 Pa~0.1 Pa。电离计电源的设计参考了国外新型电离计电源。在单片机的控制下实现了离子流放大器量程的自动转换,稳发电流的自动切换,阴极电源采用了开关电源作为激励电源,配备了液晶屏做为显示窗口,使该计实现了智能化人性化。该计原理框图如图2 所示:

ZJ5410 型宽量程复合真空计电源原理框图

图2 ZJ5410 型宽量程复合真空计电源原理框图

2、热偶计部分

  2.1、热偶规管ZJ-54D 的原理及上限的扩展

  热偶真空规管测量的基本原理是依据分子平均自由程长于特征尺寸时,气体热传导与真空度存在的相关性。规管的基本结构如图2 中的ZJ-54D 所示:其中F 为加热丝,J 为由两种不同金属组成的一支小热电偶,O 为结点。当热丝通过一定的电流时,使其结点温度高于周围气体和规管外壳温度,热丝与规管外壳间便可发生气体热传导现象。当达到热平衡时,热丝的结点温度与气体热传导有关,通过热电偶测得结点温度输出一电压信号,此电压信号即对应一定的压力。如果将规管预先用一定的方法进行了校准,便可反过来由热丝的温度来确定压力。通过这一相关现象规管生产厂给出了加热电流在30 mA 条件下,300 Pa~0.1 Pa 的标准曲线对照表,即表1。

  如按表1 生产通常的定流型热偶真空计,其测量范围只能测得300 Pa~0.1 Pa。为了使ZJ-54D型热偶规管能测得更宽的压力范围,有些电源生产厂采用了定温式电源,即保持热丝温度不变,当被测量的压力发生变化时,加热电源要随之改变加热功率使之热丝保持原来预定的温度,同时测量线路通过测量变化的加热功率来测得相对应的压力。定温式电源能够得到量程的扩展,但是电子线路比较复杂,生产和维护成本要比定流式电源高很多。我们仍采用规管生产厂推荐的定流方式,通过扩流方法使测量范围得到大幅度提高。

表1 加热电流为30 mA 时ZJ-54D 热偶规管标准曲线对照表

加热电流为30 mA 时ZJ-54D 热偶规管标准曲线对照表

5、结论

  该计经过在多种镀膜机和真空电炉上长时间运行中均保持良好的运行状态,性能稳定可靠。通常单片机比较怕强电磁场的干扰,由于我们预先在单片机的软硬件两方面都采取了相应的抗干扰措施,使该计抑制住了内部开关电源的干扰的同时也经受住了外部较强电磁场的干扰。该计简便的人机对话模式为使用者提供了方便的操作。该计压力上限量程的扩展性能、压力值的长时间连续记录功能、液晶屏多项目的同时显示和曲线显示等功能满足了目前特殊真空设备的需要。

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