真空环境下电容薄膜规测量偏差的原因分析

2013-09-12 杜春林北京卫星环境工程研究所

　　在某大型航天器的调试试验中，需使用电容薄膜规(以下简称薄膜规)进行密封舱内真空度测量，结果发现薄膜规测量数据出现了较大的偏差。本文即对这一问题进行原因分析，提出在真空环境下，薄膜本底偏移量是产生偏差的最重要原因，并有针对性地采取解决措施。

　　电容薄膜真空计作为全压强计，具有测量结果与气体成分无关、测量精度高、反应速度快、测量范围宽、抗干扰性能强、重复性好等特点，是一种非常理想的真空计。目前，常用的薄膜规属于“绝压式”，即薄膜的一端为密封的参考真空，另一端接入被测真空系统。

　　对于常规的真空测量来说，真空规都是布置在大气环境下的，它通过一个密封通道与被测的真空容器连通，达到测量容器真空度的目的。但对于一些特殊需求，需要将真空规布置在被测真空容器内部，进行某一局部位置或区域的真空度测量，这种做法会对不同真空规带来不同的影响，进而影响到测量结果。本文所分析的问题就是将薄膜规置于真空环境下(试验设备称密封舱)所产生的。

1、系统建立

　　试验中采用的测量系统原理图如图1 所示。每种型号的薄膜规各用2 支，组成两组，一组主份一组备份，同一组的两支薄膜规安装位置非常接近，两组距离较远。薄膜规的测量信号先通过密封舱穿舱密封插头，再通过真空容器穿墙密封插头引出到容器外，与配套真空计ACM1000 连接。ACM1000 真空计输出的模拟量信号通过控制系统的PLC 进入测控计算机中。

测量系统原理图

图1 测量系统原理图

　　根据试验要求，本套密封舱真空度测量系统的测量范围为10⁵Pa~10 Pa。通过分析国内外的大部分真空测量产品，最后决定采用阿尔卡特公司生产的ASD1001 及ASD1003 两种薄膜规进行测量，这两种规性能稳定且量程互补，满足试验要求。其性能技术指标见表1。

表1 所选真空规的详细技术指标

所选真空规的详细技术指标

　　选用两种真空规共同使用主要是基于如下的考虑：

　　(1)ASD1001 规的测量下限虽然名义上可以达到10 Pa，但是根据以往我们使用的经验，薄膜规的测量读数在接近10 Pa 极限时存在较大的误差。

　　(2) ASD1003 规的量程范围10^-1 Pa~10³ Pa，比较窄，但10 Pa 恰好为其量程的中间部分，在该真空度段其测量的准确度较高。

　　(3) 两种规使用方法如下：在真空度10⁵Pa~10³ Pa 范围内，利用ASD1001 规测量，在真空度10³ Pa~10 Pa 范围内，利用ASD1003 规来测量。

5、结论

　　本文尝试着对薄膜规在真空环境下使用时出现测量偏差的原因进行了分析，并提出了解决方法，虽然已验证了该方法的有效性，但要想将该方法广泛应用于同类型真空规满足某种特殊需求还存在一些局限性，如：使用密闭容器后，测量组件体积远大于真空规，安装位置受限;由于测量组件处于真空环境中互换性很差，增加备份会增加成本，单机测量如出现故障就会造成单点失效，只能停机处理。因此，本文涉及的常规产品性能扩展只是其中的一个方向，继续开展特殊环境、特殊需求的真空度测量工作是很有必要的。