DL-10A型石英真空计

　　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。

　　VAB 是晶振两端的电压

　　I 为流过晶振的电流

　　图1 谐振阻抗测量电路

　　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。

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 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。

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。