DL-10A型石英真空计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京大学电子学系 作者:王逊

  DL-10A 型石英真空计,测量范围为5×10-1~105 Pa。石英真空计的特点是传感器的体积小,这样该真空计除与其它真空计一样测量气体压强外,它能测量小体积,例如1 cm3 大小的密封器件的气体压强,并能检测真空的保持状态。

1、引言

  上世纪50 年代,D.J.Pacey 研究用石英晶振测量气体压强,80 年代M.Ono 等人研制了测量范围为0.001~1000 Torr 的石英真空计,国内在90 年代也有人研制了石英真空计,目前已有石英真空计产品。石英晶振在振荡时,其谐振频率或谐振阻抗与压强有关,该特性均可以用来测量气体压强。作为工作用真空计,用谐振阻抗与气体压强有关的性能作真空计是比较适合的,本文所述DL-10A 型石英真空计就是指这种真空计。石英真空计的性能决定于石英晶振的结构和几何尺寸。M.ono 研究了音叉结构晶振的几何尺寸对真空计性能的影响。

2、石英真空计的原理

  晶振在谐振时,电学阻抗与气体压强有关。我们测量晶振阻抗的电路如图1 所示。

谐振阻抗

  VAB 是晶振两端的电压

  I 为流过晶振的电流

谐振阻抗测量电路

  图1 谐振阻抗测量电路

DL-10A型石英真空计

  VAE 是AE 两点间的电压,VDE 是DE 两点间的电压。测量了阻抗,由阻抗与气体压强的关系曲线,便可知道气体的压强。

  DL-10A 型石英真空计采用FC135 晶振做传感器,其阻抗与压强的关系如图2 所示。图中纵坐标ΔZ 是谐振阻抗Z 与固有阻抗Z0之差。固有阻抗是压强远小于下限即小于10-3 Pa 的阻抗。横坐标是压强,由图可见,在压强小于100 Pa时,ΔZ 与P 近似成线性关系。我们将上述曲线存在单片机中,测量ΔZ 值,由数码管显示对应的压强值,这就是石英真空计的工作原理。

FC135 晶振谐振阻抗与压强的关系

图2 FC135 晶振谐振阻抗与压强的关系

  DL-10A 还设置一个零点调节按键,当压强小于10-3 Pa 时,按一下该按键,单片机执行中断程序,将此时的Z 值存在单片机的EEPROM 中。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为当仪器长时间不用或环境温度变化较大时,应进行零点调节。DL-10A 控制单元采用ATMega16 单片机对整机进行控制,AD 变换采用LTC2412 芯片。根据用户需要可配备RS485 接口或RS232 接口,或无线发送装置。使用无线发送装置在20M 距离内可在隔壁房间读取测量数据。

  建议感兴趣的同志可以阅读:石英真空计的工作原理

3、DL-10A 的性能

  我们将一台DL-10A 送中国计量科学研究院校准,校准结果如表1 所示。

表1 DL-10A 型石英真空计的校准结果

DL-10A 型石英真空计的校准结果

  DL-10A 的校准曲线如图3 所示,其横坐标是计量院测量标准值,纵坐标是DL-10A 显示值。

  DL-10A 的下限决定于Z0 随时间漂移带来的误差。它主要决定于晶振的结构以及环境温度的变化。DL-10A 在下限附近的比对曲线如图4所示。

  图中纵坐标是DL-10A 的读数,横坐标压强大于等于1Pa 是MKS 簿膜真空计读数,压强小于1 Pa 是DL-5 电离真空计读数。由图可见,在小于5×10-1 Pa 读数分散在图中阴影范围,测量误差很大, 因此DL-10A 的测量下限为5×10-1 Pa,DL-10A 的测量上限是105 Pa。

DL-10A 校准曲线及DL-10A 的比对曲线

图3 DL-10A 校准曲线 图4 DL-10A 的比对曲线

4、石英真空计的特点与应用

  石英真空计的特点是传感器体积小,DL-10A采用的晶振是FC135,其尺寸为:3.2 mm×1.5 mm×0.8mm。这样,该真空计除与其它真空计一样测量气体压强外,它能测量小体积,例如1 cm3 大小的密封器件的气体压强,并能检测真空的保持状态。

5、小结

  石英真空计的下限决定于石英晶振谐振阻抗的漂移,而阻抗的漂移决定于石英晶振的结构及环境温度,选择适当的晶振,可以获得较低的下限。DL-10A 石英真空计下限可达5×10-1 Pa,测量范围为5×10-1 Pa-105 Pa,石英真空计的特点是传感器体积小,它能在体积小的真空密封器件中测量真空与检漏。

  DL-10A型石英真空计为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/gauge/095450.html

  与 真空规管 石英真空计 相关的文章请阅读:

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