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電容式真空計原理 |
發(fā)布時(shí)間:2014-10-29 瀏覽:7033 次 |
在薄膜真空計中,薄膜在壓力差作用下所產(chǎn)生的彈性變形量,可以采用機械的、光學(xué)的和電學(xué)的多種方法測量。由于采用電學(xué)方法,尤其是電容法,進(jìn)行測量的靈敏度高,因此近年來(lái)利用電容法所制成的電容式薄膜真空計,已經(jīng)逐漸地代替了傳統的機械式薄膜真空計,獲得了廣泛的應用。 電容式薄膜真空計是由電容式薄膜規管(或稱(chēng)電容式壓力傳感器)和測量線(xiàn)路兩部分組成。雙電容差動(dòng)式薄膜規管的結構如圖1所示。它包括兩個(gè)結構完全相同的圓形固定電極和一個(gè)公用的膜片構成的活動(dòng)電極。 活動(dòng)電極薄膜將規管內部空間分成相互密封的測量室和參考室,固定電極和活動(dòng)電極薄膜構成差動(dòng)電容器,并作為電橋的兩個(gè)臂布置在線(xiàn)路中。 當活動(dòng)電極處于中間位置時(shí),兩個(gè)電容器的電容量相等;一旦活動(dòng)電極由于壓差作用偏離中間位置時(shí),如圖1中虛線(xiàn)所示的位置,則會(huì )出現其中一個(gè)電容器的電容量增加,而另一個(gè)電容器的電容量減少的現象。 這時(shí)由于電容變化使電橋不再平衡,因而會(huì )產(chǎn)生輸出電壓,將該輸出電壓經(jīng)過(guò)放大器放大后,再由檢波器轉換成直流電壓后即可進(jìn)行測量。不同的輸出電壓對應不同的氣體壓力,這就是電容薄膜式真空計進(jìn)行壓力測量的基本原理。 目前這種真空計可根據測量電容方法的不同分成兩種結構,即零位法和偏位法。前者是一種補償法,具有較高的測量精度,目前大都作為低真空測量的標準真空計被計量部門(mén)所采用。 圖1 電容式薄膜真空計規管的結構示意圖 1-固定電極:2-膜片活動(dòng)電極 一種只使用單側電容的零位法電容式薄膜真空計的結構原理如圖2所示,它是由電容式薄膜規管測量電橋電路,直流補償電源,低頻振蕩器、低頻放大器、相敏檢波器和指示儀表等元件所組成。 在圖2中的電容式真空計規管中間放置一張金屬彈性膜片,在膜片的一側裝有一個(gè)固定電極,當膜片兩側的壓力差為零時(shí),固定電極與膜片形成一個(gè)靜態(tài)電容C0,并與線(xiàn)路中電容C1串聯(lián)后作為測量電橋的一條橋臂后,再與電路中的電容C2、C3和C4與C5的串聯(lián)電容組成其他的三條橋臂。 圖2 零位法薄膜真空計的結構原理圖 由于金屬膜片1將薄膜真空規管中分為A、B兩室并將A室與被測真空系統相連接,B室與壓力為P0的高真空系統(P0<10-3 Pa)相連接。在兩室的連通管道上設置高真空閥門(mén)7。測量時(shí),先將閥門(mén)7打開(kāi),用高真空抽氣系統將規管內膜片兩側的空間抽至參考壓力Pb。同時(shí)調節測量電橋電路,使之平衡,即指示儀表指零。 然后關(guān)閉閥門(mén)7,測量室A接通被測真空系統。 當被測壓力P1>Pb時(shí),由于規管中的壓力差為P1- Pb,膜片發(fā)生應變引起電容C0改變,破壞了測量電橋電路的平衡,指示儀表上亦有相應的指示。 調節直流補償電源電壓對電容C0充電,使其靜電力與壓差相等,此時(shí),電橋電路重新達到平衡,指示儀表又重新指零。 根據補償電壓的大小,就能得出被測壓力P1。故有: P1 - Pb = KU2 式中 P1-被測壓力; Pb-參考壓力; U-補償電壓; K-規管常數,K=C0/d0,C0和d0分別為固定電極與膜片平衡狀態(tài)下的靜態(tài)電容和間距。 當P1 》Pb時(shí),測量結果就是絕對壓力,即 P1 = KU2 單電容零位法電容式薄膜真空計的測量范圍為10-1~101Pa,其規管常數K可通過(guò)校準得到。而差動(dòng)式雙電容薄膜真空計,不但提高了電容式薄膜真空計的測量精度,而且擴大了量程范圍,其測量下限可達到10-3Pa。 電容式薄膜真空計為全壓計,即所測結果是氣體與蒸氣的全壓強。同時(shí)具有測量結果與氣體成分無(wú)關(guān)、測量精度高(一般 ≤(0.1~2)%)、反應速度快(<2~100ms)、溫度影響小和測量范圍寬的特點(diǎn)。 其測量下限可達l0-3~10-2Pa。由于其性能穩定,重復性好,目前已被用做標準真空計。其響應時(shí)間快,抗過(guò)載能力強,結構牢固,使用方便,非常適合于對氧、水蒸氣及油蒸氣等氣體壓力的測量。因此是比較理想的一種真空計。 本文由愛(ài)加真空(http://www.hflgzx.com)載自中國真空網(wǎng),版權歸原作者所有! 推薦閱讀 |