電容式薄膜真空計(jì)的工作原理圖
根據(jù)彈性薄膜在壓差作用下產(chǎn)生應(yīng)變而引起電容變化的原理制成的真空計(jì)稱為電容式薄膜真空計(jì)，它由電容式薄膜規(guī)管(又稱為電容式壓力傳感器)和測(cè)量?jī)x器兩部分組成。根據(jù)測(cè)量電容的不同方法，儀器結(jié)構(gòu)有偏位法和零位法兩種。零位法是一種補(bǔ)償法，具有較高的測(cè)量精度。目前在計(jì)量部門作為低真空副標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)的就是采用零位法結(jié)構(gòu)。
圖20 零位法薄膜真空計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖
圖20示出了零位法電容式薄膜真空計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖。它由電容式薄膜規(guī)管、測(cè)量電橋電路、直流補(bǔ)償電源、低頻振蕩器、低頻放大器、相敏檢波器和指示儀表等組成。
電容式薄膜規(guī)管的中間裝著一張金屬?gòu)椥阅て谀て囊粋?cè)裝有一個(gè)固定電極，當(dāng)膜片兩側(cè)的壓差為零時(shí)，固定電極與膜片形成一個(gè)靜態(tài)電容C0，它與電容C1串聯(lián)后作為測(cè)量電橋的一條橋臂，電容C2、C3和C4與C5的串聯(lián)電容組成其它三條橋臂。
金屬?gòu)椥阅て瑢⒈∧ふ婵找?guī)管隔離成兩個(gè)室，分別為接被測(cè)真空系統(tǒng)的測(cè)量室和接高真空系統(tǒng)(pb<10-3Pa)的參考?jí)毫κ�。在這兩個(gè)室的連通管道上設(shè)置一個(gè)高真空閥門7。測(cè)量時(shí)，先將閥門7打開，用高真空抽氣系統(tǒng)將規(guī)管內(nèi)膜片兩側(cè)的空間抽至參考?jí)毫b。同時(shí)調(diào)節(jié)測(cè)量電橋電路，使之平衡，即指示儀表指零。然后，關(guān)閉閥門7，測(cè)量室接通被測(cè)真空系統(tǒng)。當(dāng)被測(cè)壓力Pl>Pb時(shí)，由于規(guī)管中的壓力差p1-pb，膜片發(fā)生應(yīng)變引起電容C0改變，破壞了測(cè)量電橋電路的平衡，指示儀表上亦有相應(yīng)的指示。調(diào)節(jié)直流補(bǔ)償電源電壓對(duì)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(dá)到平衡，指示儀表又重新指零。根據(jù)補(bǔ)償電壓的大小，就能得出被測(cè)壓力p1，故有
p1-pb=KU2 (12)
式中p1——被測(cè)壓力
pb——參考?jí)毫?/p>
U——補(bǔ)償電壓
K——規(guī)管常數(shù)，其值K=Co/d0,Co和d0分別為固定電極與膜片在平衡狀態(tài)下的靜態(tài)電容和間距。
當(dāng)p1》p0時(shí)，測(cè)量結(jié)果就是絕對(duì)壓力，即
p1=KU2 (13)
電容式薄膜真空計(jì)測(cè)量范圍為10-1～101Pa，其規(guī)管常數(shù)K可通過校準(zhǔn)得到。
近年來，電容式薄膜真空計(jì)取得了重大進(jìn)展，新型的雙電容式薄膜真空計(jì)的問世，提高了該類真空計(jì)的精度，擴(kuò)展了測(cè)量范圍，使其測(cè)量下限可達(dá)lO-3Pa。
單側(cè)雙電容薄膜真空計(jì)具有靈敏度高、氣體的介電常數(shù)不變、壓力讀數(shù)完全不受氣體成分影響、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。如將其規(guī)管參考室內(nèi)加置消氣劑并抽至≤lO-5Pa，就可測(cè)量≥lO-3pa的絕對(duì)壓力。
