DL-10型石英真空计的性能

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

  本文叙述了DL-10型石英真空计的研制结果,它用Φ2×6 型音叉状石英晶振作为压强传感器。该真空计测量范围是10~105 Pa,误差约10%。石英真空计是应用石英晶振的谐振阻抗与气体压强有关的性能做的真空计。DL-10型石英真空计的振荡电路中的晶振同时也是压强传感器。

  石英晶振在谐振时,谐振阻抗与气体压强有关,上世纪八十年代就有人研究[1] 。国内在上世纪九十年代也有人对这种特性进行了研究[2] 。目前这种真空计已经上市,测量范围是1 Pa 到大气压[3] 。这种空计测量范围较宽,精度较高。我们研制的DL- 10 真空计也是这种真空计,选用的晶振是Φ2×6 型,频率标称值为32.768 kHz,测量范围是10 Pa 到大气压。

1、工作原理

  晶振在谐振时,同时自身也存在机械振动,振动时将受气体的阻力,阻力的大小与气体压强有关。因而晶振的电学特性阻抗也与气体压强有关。Φ2×6 晶振的阻抗与压强的关系如图1 所示。纵坐标是谐振阻抗Z 与固有阻抗Z0 之差△Z, 横坐标是压强。固有阻抗Z0 是压强小于10- 3 Pa 时的Z 值,这时气体的阻力已经可以忽略了。它决定于晶振机械振荡时自身内部损耗的能量,它与压强无关。Φ2×6 的Z0 约20 kΩ。由图可见,在1~100 Pa 之间,△Z 与P 近似成线性关系, 在104~105 之间,△Z 近似与姨P 成正比。DL- 10 真空计将图1 曲线存入单片机中,测量△Z 值,由数码管显示压强值。

Φ2×6 谐振阻抗与压强的关系

图1 Φ2×6 谐振阻抗与压强的关系

5、讨论

  (1) 根据上述DL- 10 性能的测试,按计量部门的真空计量器具分类,DL- 10 真空计可属于工作用真空计。

  (2) 石英晶振测量压强的性能有一定零散性,每支晶振都有独自ΔZ VsP 曲线,因而每支晶振都要进行测试。

  (3) 石英晶振的谐振阻抗与晶振谐振时的机械振动所受气体阻力有关,而阻力与气体性质有关,因此石英真空计的读数与气体种类有关。

  (4) 石英晶振原本不是用来测量压强的,生产厂没有提供有关压强的资料,做真空计使用时需专门的测试,我们仅对Φ2×6 型晶振进行了测试,为了获得优良的压强性能,还应对其它型号晶振进行测试与研究,以便选择最好的晶振作压强传感器。

  (5)作为石英真空计产品测量范围为10~105 Pa。压强小于10 Pa,长时间测量Z0 的漂移会增大很多,误差也会增大很多。综上所述,石英真空计具有价格低廉,误差较小,量程较宽等优点,值得推广使用。

参考文献

  [1] Ono M, Hirata M, Kokubun K and Murakami H. Design and performance of a quartz oscillator vacuum gauge with a controller [J].J.Vac.Sci.Technol. 1985,A3 (3):May/Jun:1746.
  [2] 刘斌,徐电,王新中,陈杭生.[J].真空电子技术,1995,(5):17
  [3] Product instrument for CC- 10 wide range vacuum gauge[Z]. Televac Company, initial publication date: July 6.2005.

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