电容式薄膜真空计的结构及工作原理

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  根据弹性薄膜在压差作用下产生形变而引起电容变化的原理制成的真空计称为电容薄膜真空计。它由电容式薄膜规管(又称为电容式压力传感器)和测量仪器两部分组成。根据测量电容的不同方法,仪器结构有偏位法和零位法两种。零位法是一种补偿法,具有较高的测量精度。目前在计量部门作为低真空副标准真空计的就是采用零位法结构。

  如下图所示为零位法电容式薄膜真空计的结构原理图。它由电容式薄膜规管、测量电桥电路、直流补偿电源、低频振荡器、低频放大器、相敏检波器和指示仪表等组成。

零位法薄膜真空计的结构原理图

图 零位法薄膜真空计的结构原理图

  电容式薄膜规管的中间装着一张金属弹性膜片,在膜片的一侧装有一个固定电极,当膜片两侧的压差为零时,固定电极与膜片形成一个静态电容C0,它与电容C1串联后作为测量电桥的一条桥臂,电容C2、C3、C4与C5的串联组成其他三条桥臂。

  金属弹性膜片将薄膜真空计隔离成两个室,分别为接被测真空系统的测量室和接高真空系统(pb<10-3Pa)的参考压力室。在这两个室的连通管道上设置一个高真空阀门7。测量时,先将阀门7打开,用高真空抽气系统将规管内膜片两侧的空间抽至参考压力pb,同时调节测量电桥电路,使之平衡,即指示仪表指零。

  然后,关闭阀门7,测量室接通被测真空系统。当被测压力p1 >pb时,由于规管中的压力差p1-pb,膜片发生应变引起电容C0改变,破坏了测量电桥电路的平衡,指示仪表上亦有相应的指示。调节直流补偿电源电压对电容C0充电,使其静电力与压差相等,此时,电桥电路重新达到平衡,指示仪表又重新指零。根据补偿电压的大小,就能得出被测压力p1,故有

零位法薄膜真空计的结构原理图

  式中:p1———被测压力;

  pb———参考压力;

  U———补偿电压;

  K———规管常数。K=C0/d0,C0和d0分别为固定电极与膜片平衡状态下的静态电容和间距。当p1>>pb时,测量结果就是绝对压力,即

零位法薄膜真空计的结构原理图

  电容式薄膜真空计测量范围为10-1~101Pa,其规管常数K可通过校准得到。

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