振膜真空计的结构及工作原理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:真空技术网

  基于气体分子对振动膜片的阻尼效应与气体压力有关这一现象制成的黏滞性真空计称为振膜真空计,振膜真空计的结构如下图所示。

振膜真空计结构原理图

图 振膜真空计结构原理图

  规管中间装置一张四周张紧的圆形金属薄膜2,作为一个电极(接地)。在它的两侧距离相等的地方各装置一个同样的平板固定电极,分别作为驱动电极1和感受电极3,它们与膜片2构成一对相等的平板电容器。在两个电极与膜片之间的空间均与被测真空系统相通。驱动电极和感受电极与膜片之间分别通过电阻R1和R2施加同一个直流极化电压U0。此时,由于两个电极与膜片间的静电力相等,使膜片处于两电极的几何中心位置上。

  当驱动电极上施加频率为f的交流驱动电压U1后,膜片产生强迫振动,随之在感受电极上就有相同频率f的交流电压U2输出。膜片的振幅决定于驱动电压U1、膜片周围气体的阻尼(气体的压力及性质)和自身的机械损耗。假如U1为定值,膜片的振幅将随其周围气体压力的降低(即气体阻尼作用的减弱)而增大。振幅越大,输出的感受电压U2越高。但是随着膜片振幅的增大,其自身机械损耗也增加。因此,如用U2来反映气压的大小,在低压力方面就受到一定限制。所以,在实际测量中,通常维持膜片振幅不变(也就是U2不变),这样膜片机械损耗为定值,可以根据驱动电压U1的大小指示被测压力。

  膜片因振动时引起与驱动电极、感受电极之间气体的膨胀和压缩而受到阻尼,其能量主要消耗在周围被测气体和膜片的摩擦机械损耗之中。因此,有如下关系

振膜真空计的结构及工作原理

  式中:W———膜片的驱动功率;

  W0———膜片振动时受气体阻尼消耗的功率;

  W1———膜片的机械损耗功率。

  通过对W、W0和W1的分析和推导,得到驱动电压U1与被测压力p的关系式如下:

  低压力(λ>>d)时

振膜真空计的结构及工作原理

  高压力(λ<<d)时

振膜真空计的结构及工作原理

  式中:K1、K2———比例系数;

  λ———气体分子平均自由程;

  d———固定电极与膜片静止时的原始距离。

  用上述原理和方法测量不同气体的结果不同,如下图所示。可见气体种类对测量结果有影响。

一些气体的校准曲线

图 一些气体的校准曲线

  利用压力变化引起膜片谐振频率的变化来指示被测压力,上述影响可以减小。如压力为1.3×103 Pa时,测量干燥空气与氦气,二者结果仅差4%。但是,由于这种方法的测量电路比上述方法复杂,同时在低压力测量时灵敏度较低,因此,一般很少使用。

  振膜真空计的结构及工作原理为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/gauge/036996.html

  与 真空规管 振膜真空计 相关的文章请阅读:

  真空规管http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/gauge/