DL-10型石英真空計(jì)的性能
本文敘述了DL-10型石英真空計(jì)的研制結(jié)果，它用Φ2×6 型音叉狀石英晶振作為壓強(qiáng)傳感器。該真空計(jì)測(cè)量范圍是10~105 Pa，誤差約10%。石英真空計(jì)是應(yīng)用石英晶振的諧振阻抗與氣體壓強(qiáng)有關(guān)的性能做的真空計(jì)。DL-10型石英真空計(jì)的振蕩電路中的晶振同時(shí)也是壓強(qiáng)傳感器。
石英晶振在諧振時(shí)，諧振阻抗與氣體壓強(qiáng)有關(guān)，上世紀(jì)八十年代就有人研究[1] 。國(guó)內(nèi)在上世紀(jì)九十年代也有人對(duì)這種特性進(jìn)行了研究[2] 。目前這種真空計(jì)已經(jīng)上市，測(cè)量范圍是1 Pa 到大氣壓[3] 。這種空計(jì)測(cè)量范圍較寬，精度較高。我們研制的DL- 10 真空計(jì)也是這種真空計(jì)，選用的晶振是Φ2×6 型，頻率標(biāo)稱值為32.768 kHz，測(cè)量范圍是10 Pa 到大氣壓。
1、工作原理
晶振在諧振時(shí)，同時(shí)自身也存在機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)將受氣體的阻力，阻力的大小與氣體壓強(qiáng)有關(guān)。因而晶振的電學(xué)特性阻抗也與氣體壓強(qiáng)有關(guān)。Φ2×6 晶振的阻抗與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1 所示�？v坐標(biāo)是諧振阻抗Z 與固有阻抗Z0 之差△Z, 橫坐標(biāo)是壓強(qiáng)。固有阻抗Z0 是壓強(qiáng)小于10- 3 Pa 時(shí)的Z 值，這時(shí)氣體的阻力已經(jīng)可以忽略了。它決定于晶振機(jī)械振蕩時(shí)自身內(nèi)部損耗的能量，它與壓強(qiáng)無(wú)關(guān)。Φ2×6 的Z0 約20 kΩ。由圖可見(jiàn)，在1~100 Pa 之間，△Z 與P 近似成線性關(guān)系， 在104~105 之間，△Z 近似與姨P 成正比。DL- 10 真空計(jì)將圖1 曲線存入單片機(jī)中，測(cè)量△Z 值，由數(shù)碼管顯示壓強(qiáng)值。
圖1 Φ2×6 諧振阻抗與壓強(qiáng)的關(guān)系
5、討論
(1) 根據(jù)上述DL- 10 性能的測(cè)試，按計(jì)量部門的真空計(jì)量器具分類，DL- 10 真空計(jì)可屬于工作用真空計(jì)。
(2) 石英晶振測(cè)量壓強(qiáng)的性能有一定零散性，每支晶振都有獨(dú)自ΔZ VsP 曲線，因而每支晶振都要進(jìn)行測(cè)試。
(3) 石英晶振的諧振阻抗與晶振諧振時(shí)的機(jī)械振動(dòng)所受氣體阻力有關(guān)，而阻力與氣體性質(zhì)有關(guān)，因此石英真空計(jì)的讀數(shù)與氣體種類有關(guān)。
(4) 石英晶振原本不是用來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)的，生產(chǎn)廠沒(méi)有提供有關(guān)壓強(qiáng)的資料，做真空計(jì)使用時(shí)需專門的測(cè)試，我們僅對(duì)Φ2×6 型晶振進(jìn)行了測(cè)試，為了獲得優(yōu)良的壓強(qiáng)性能，還應(yīng)對(duì)其它型號(hào)晶振進(jìn)行測(cè)試與研究，以便選擇最好的晶振作壓強(qiáng)傳感器。
（5）作為石英真空計(jì)產(chǎn)品測(cè)量范圍為10~105 Pa。壓強(qiáng)小于10 Pa，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量Z0 的漂移會(huì)增大很多，誤差也會(huì)增大很多。綜上所述，石英真空計(jì)具有價(jià)格低廉，誤差較小，量程較寬等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣使用。
參考文獻(xiàn)
[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] 劉斌，徐電，王新中，陳杭生.[J].真空電子技術(shù)，1995,(5):17
[3] Product instrument for CC- 10 wide range vacuum gauge[Z]. Televac Company, initial publication date: July 6.2005.
