劉興勝

(中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所，綿陽 621900)

0　引言

在真空測(cè)量中，電容薄膜真空規(guī)作為一種高精度的壓力傳感器，測(cè)量范圍為10-2～105Pa，主要用作粗低真空的精確測(cè)量或當(dāng)參考標(biāo)準(zhǔn)。它的工作原理是彈性薄膜在壓差的作用下膜片產(chǎn)生位移，引起電極和膜片之間距離的變化，導(dǎo)致電容量發(fā)生改變，通過測(cè)量電容的變化，達(dá)到測(cè)量真空度的目的。

電容薄膜真空規(guī)分為絕壓式和差壓式兩種，絕壓式是指參考室的壓力相對(duì)測(cè)量室的壓力可忽略不計(jì)，認(rèn)為參考室壓力為零，實(shí)際上是將參考室抽成高真空，用吸氣劑維持測(cè)量室的真空度在電容規(guī)最小分辨率以下。差壓式是指任意壓力作為零點(diǎn)，測(cè)量相對(duì)壓力。本文所指為絕壓式電容規(guī)。

電容薄膜真空規(guī)的主要特點(diǎn)是：測(cè)量準(zhǔn)確度高、線性好，靈敏度與氣體種類無關(guān)，可測(cè)蒸氣和腐蝕性氣體的壓力，結(jié)構(gòu)牢固，使用方便。單個(gè)規(guī)的測(cè)量范圍可覆蓋5個(gè)數(shù)量級(jí)的真空區(qū)域，但準(zhǔn)確測(cè)量一般只有3個(gè)數(shù)量級(jí)。

為了使真空操作人員能夠正確使用電容薄膜真空規(guī)，從而保證測(cè)量的正確性和可靠性，同時(shí)延長(zhǎng)規(guī)的使用壽命，現(xiàn)討論一下在使用中的注意事項(xiàng)。

1　防止超量程

超量程是指真空超出滿量程的10%以上或者更高。雖然偶爾超量程時(shí)電容薄膜真空規(guī)的固定電極起到保護(hù)膜片的作用，不會(huì)使膜片壓破。但是由于規(guī)的膜片很薄，如果長(zhǎng)期如此，膜片會(huì)發(fā)生變形，使膜片不能恢復(fù)到原來的位置，以致造成重復(fù)性變差，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)失效。因此，在電容薄膜真空規(guī)使用中，要安裝一個(gè)隔斷閥，到了滿量程時(shí)，就關(guān)閉隔斷閥，這樣就可以防止膜片過壓，以延長(zhǎng)使用壽命和保證測(cè)量精度。

2　預(yù)熱

預(yù)熱是指電容薄膜真空規(guī)在正常使用前的通電時(shí)間。為避免環(huán)境溫度影響，精密規(guī)加有45℃左右溫控色。因此有加溫色和不加溫色兩種。精密規(guī)預(yù)熱時(shí)間應(yīng)在4h以上，如果作為參考標(biāo)準(zhǔn)或精確測(cè)量時(shí)，預(yù)熱時(shí)間必須在24h以上，如果條件允許，推薦長(zhǎng)期預(yù)熱。例如，美國(guó)MKS公司的690A電容薄膜真空規(guī)配接該公司的270D-5電控儀時(shí)，270D-5電控儀插上電時(shí)，還需要把Heater鍵從off扳到Reg位置，此時(shí)右邊的黃色指示燈會(huì)亮。長(zhǎng)時(shí)間成功預(yù)熱后，用手摸690A電容薄膜真空規(guī)的表面，會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，這是一種正常情況。如果Heater鍵扳在off位置，即使配接的270D-5電控儀長(zhǎng)期通電，690A電容薄膜真空規(guī)也不會(huì)發(fā)熱，起不到預(yù)熱效果。

3　零點(diǎn)調(diào)節(jié)

電容薄膜真空規(guī)的零點(diǎn)調(diào)節(jié)正確與否，直接影響真空度的精確測(cè)量。美國(guó)MKS公司的690A電容薄膜真空規(guī)既有測(cè)量電路的調(diào)零又有規(guī)自身的調(diào)零。測(cè)量電路的調(diào)零是在270D-5電控儀前面板的Null旋鈕處調(diào)零，F(xiàn)S旋鈕處是調(diào)儀器的滿度。規(guī)自身的調(diào)零是在該面板的C和F處，C表示粗調(diào)，F(xiàn)表示細(xì)調(diào)。如果在C和F處仍然調(diào)不到零，應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)上的調(diào)零旋紐，這個(gè)旋鈕在規(guī)上有一個(gè)小孔，可以用小螺絲刀輕輕調(diào)節(jié)。

俄羅斯BVD-5真空規(guī)的調(diào)零方法是：按壓“〉0〈”鍵10s以上，顯示屏左下角出現(xiàn)符號(hào)“0”，同時(shí)聽到鳴叫聲音。反復(fù)數(shù)次，直至穩(wěn)定顯示在“0”位置。

調(diào)零應(yīng)在預(yù)熱時(shí)間足夠的情況下進(jìn)行，位置應(yīng)比準(zhǔn)確測(cè)量范圍下限低2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。如量程是133.3kPa，則其準(zhǔn)確測(cè)量范圍是133.3Pa～133.3kPa。零點(diǎn)在真空系統(tǒng)抽到1.3Pa或0.13Pa位置左右才能調(diào)節(jié)，其余量程以此類推。加溫色對(duì)環(huán)境要求不高，一旦零點(diǎn)調(diào)好后，在測(cè)量的過程中不能再隨意進(jìn)行調(diào)節(jié)；不加溫色對(duì)環(huán)境要求較高，如溫度有變，零點(diǎn)也得調(diào)節(jié)。

4　溫度影響

電容薄膜真空規(guī)受溫度影響較大，因此控制溫度變化對(duì)保證測(cè)量精度十分重要。尤其是溫度變化很大時(shí)，各部件的熱膨脹造成本來就很小的規(guī)腔間隙幾何尺寸發(fā)生較大變化，從而導(dǎo)致與壓力無關(guān)的位移，造成電容薄膜規(guī)輸出信號(hào)紊亂，引起零點(diǎn)嚴(yán)重漂移，直接影響規(guī)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度。實(shí)際使用時(shí)，室溫穩(wěn)定要求在<±1℃以內(nèi)，絕對(duì)不允許溫度的突然變化；如果溫度變化過大，必須進(jìn)行修正或采取必要的恒溫措施。

5　環(huán)境要求

電容薄膜真空規(guī)作為一種高精度的壓力傳感器，主要用于粗低真空的精確測(cè)量或作為參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境的要求很高，不宜在不清潔的環(huán)境中使用。如果環(huán)境受到污染，或空氣中含有大量的水蒸汽和灰塵，則測(cè)得的結(jié)果會(huì)不可靠。因此，室內(nèi)應(yīng)經(jīng)常保持清潔衛(wèi)生，地面為水磨石或木質(zhì)涂漆地面，無塵埃。為防止機(jī)械泵工作時(shí)排出氣體對(duì)環(huán)境的污染，可采用在泵的排氣口上裝設(shè)金屬或橡膠排氣管道的方法，將氣體排出室外。同時(shí)，還要避免射頻和電磁場(chǎng)的干擾，強(qiáng)噪音也會(huì)影響規(guī)的穩(wěn)定性，尤其是對(duì)振動(dòng)比較敏感，在使用中應(yīng)注意。

6　結(jié)束語

綜上所述，電容薄膜真空規(guī)是一種性能優(yōu)良的規(guī)，只要真空操作人員能夠熟練掌握好這些注意事項(xiàng)，就能夠正確使用它，為科研生產(chǎn)做好服務(wù)。

[1]國(guó)防科工委科技與質(zhì)量司.力學(xué)計(jì)量[M].北京：原子能出版社，2002

[2]《計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)》編輯委員會(huì).計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1996

[3]達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第3版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004

[4]劉興勝，陳旭.對(duì)BVD-5真空計(jì)的校準(zhǔn)[J].計(jì)量技術(shù)，2008(11)