第六讲：真空测量

第六讲：真空测量刘玉岱（东北大学）二、全压力测量７．电容式薄膜真空计（上接１９９７第２期）根据弹性薄膜在压差作用下产生应变而引起电容变化的原理制成的真空计称为电容式薄膜真空计，它由电容式薄膜规管（又称为电容式压力传感器）和测量仪器两部分组成。根据测量...     

电容薄膜规的发展和现状

本文介绍了电容薄膜规的四个发展阶段和现状．综述了各阶段的制造、性能特点。对电容规的测量原理、校准技术、特别是主要性能进行了详细讨论。并就电容规的实际使用给出了可供借鉴的操作模式。     

真空环境下电容薄膜规测量偏差的原因分析

在某大型航天器的调试试验中,需使用电容薄膜规(以下简称薄膜规)进行密封舱内真空度测量,结果发现薄膜规测量数据出现了较大的偏差.本文即对这一问题进行原因分析,提出在真空环境下,薄膜本底偏移量是产生偏差的最重要原因,并有针对性地采取解决措施.     

电容薄膜规使用中应注意的几个问题

本文重点介绍了如何正确使用电容薄膜规才能延长电容薄膜规的使用寿命，保证读 数精度。同时对安装时应注意的问题以及电容薄膜规的工作环境、连接电缆、维修等方 面都作了介绍。     

AgNWs-TPU/PVDF柔性薄膜电容传感器的制备和性能

用醇还原法制备长径比约为800的银纳米线(AgNWs)并分散成网状结构,用溶液流延法使用聚偏氟乙烯(PVDF)和不同质量分数的聚氨酯(TPU)制备柔韧性PVDF/TPU复合薄膜,然后将AgNWs网固定在PVDF/TPU柔性薄膜的表面作为电容的极板制备出柔性薄膜电容式传感器。用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱和X射线衍射(XRD)等手段表征了AgNWs的结构,使用电子强力拉伸仪、方块电阻仪、三电极系统和LCR数字电桥检测了柔性薄膜电容式传感器的性能。结果表明：网状结构的AgNWs电容单侧极板上的方阻为15.635 mΩ/sq;TPU与PVDF质量比为2∶8的薄膜其断裂伸长率为91.2%,韧性最好,其比电容为375 μF/g;随着传感器弯曲角度的增大其输出电容值随之增大,输出电容值与弯曲角度在一定范围内呈线性关系,弯曲角度为180°时输出最大电容为436 μF。     

采用环形感压薄膜的MEMS电容薄膜真空规设计

感压薄膜的结构改良能有效改善MEMS电容薄膜真空规的压力-电容输出特性。为解决MEMS电容薄膜真空规宽量程与高灵敏度相矛盾的问题,设计一种环形结构的感压薄膜,利用有限元的方法分析对比5种环形结构的感压薄膜在不同压力下的变形与应力分布情况。分析认为,同心圆结构的感压薄膜具有最优异的性能,同等感测面积情况下真空规的压力-电容线性输出测量上限能从圆片结构的1.1×103 Pa延伸到同心圆结构的1.2×104 Pa,圆片结构感压薄膜的真空规在1～800 Pa区间内的压力-电容输出非线性度为3.9%,灵敏度为10.1 fF·Pa–1;同心圆结构感压薄膜的真空规结构在1～8 000 Pa区间内的非线性度为3.6%,灵敏度为1.3 fF·Pa–1。     

温度对电容薄膜真空计测量影响的实验研究

采用了一支满量程为1333Pa的绝压式电容薄膜真空计,在金属膨胀式真空标准装置上对其进行温度变化的影响实验研究,包括在开和未开控制单元的规管恒温和温度补偿功能两种情况下环境温度变化的实验,并在实验过程中记录了电容薄膜真空计的零点漂移情况。其中,在打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下,电容薄膜真空计测量准确度非常好。而在未打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下,在10^-2～10^-1Pa两个量级上电容薄膜真空计的示值与标准值有较大偏差,最大偏差为36％;而在1～10^2Pa量级上电容薄膜真空计测量准确度也非常好。     

数字式电容薄膜绝对压力变送器的设计研发

模拟式电容薄膜式绝对压力变送器(简称电容薄膜规)已在众多领域成为粗、低真空精确测量的市场主流。随着现代化工业的发展,先进的制造业对真空测量的准确度、稳定性和抗干扰能力,提出了更高的要求。针对电容薄膜规原有的技术瓶颈,本文所研究的数字式电容薄膜规,就是一种很好的改进和完善方案,经过现场试验,达到了理想的技术指标要求,验证了本文提出的数字式电容薄膜规的探索是正确的、可行的。     

电容薄膜真空规的正确使用

电容薄膜真空规的使用情况直接关系到产品的可靠性。本文从五个方面,详细分析了电容薄膜真空规在正确使用中的注意事项,从而保证了它的准确度及稳定性,提高了其使用寿命。     

感压膜片预张力对电容薄膜真空规输出特性的影响

电容薄膜真空规中感压膜片在安装时通常须先施加预张力,再固定.为研究感压膜片预张力对电容薄膜真空规输出特性的影响,以现有电容薄膜真空规为对象,基于COMSOL Multiphysics软件,建立有限元模型,得到了不同预张力下输出电容的仿真解,并与理论计算结果进行了比较,分析了预张力对输出电容的影响.同时分析了真空规线性度...     

小型电容薄膜真空规的设计

商用电容薄膜真空规存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种小型电容薄膜真空规.设计中采用倒T型结构固定极板和防热变形结构,防止测量过程中温度变化导致的规管部件热变形;采用面积相同的双电极结构,消除测量过程中外界杂散电容和温度变化引起的测量信号偏差.小型电容薄膜真空规整体尺寸为φ42×24 mm,重量小于200 g,测量下限为10-2 Pa,测量不确定度预计小于5％,能适应较宽的工作温度范围,可以满足深空探测需求.     

电容薄膜规规管零漂的改善

从1949年开始到现在,国外已研制出四代电容薄膜压力传感器.第一代是差压式双边对称电极的传感器;第二代是绝对式单边双电极的传感器;第三代在测量线路上有了很大的改进;第四代是对式单边单电极的传感器,首先分析了造成电容压力传感器稳定性差的6种原因。认为环境温度的改变和规管焊接应力是造成规管零漂的主要因素。并对这两种主要因素提出了相应的解决办法.温度变化的影响采用恒温的方法来解决.焊接应力的影响采用以粘代焊的方法来消除.采用这两种措施以后,电容薄膜规的稳定性有了较大的改善.     

基于Au-Si共晶键合的高灵敏MEMS电容薄膜真空规设计

为了解决真空腔电极引线导致的真空漏气,进一步拓展真空规的测量下限,提出了一种基于Au-Si共晶键合的绝压式MEMS电容薄膜真空规设计方案.阐述了该新型MEMS电容薄膜真空规的制作工艺流程、用浓硼掺杂法制备感压薄膜技术,采用阳极键合协同Au-Si共晶键合技术实现真空腔的密封.通过理论计算和构建有限元模型,针对不同宽厚比,...     

MEMS电容薄膜真空计微电容测量研究进展

MEMS电容薄膜真空计的小型化和整体性能与微电容测量电路密切相关。由于不同领域的应用需求,MEMS电容薄膜真空规管具有不同的敏感电容结构,而相应的微电容测量法也不同。单侧电极微电容测量法电路结构简单,易于实现;双侧电极微电容测量法电路结构较复杂,但该电路可以减小寄生电容及温度的影响而获得高分辨率;静电力平衡式结构下微电容测量法用闭环电路,在高精度测量的同时还能拓宽真空计的动态范围。介绍了测量原理、电路结构及性能,可以看出,具有精度高、功耗低、易集成的特点,能够应用于多种不同类型的MEMS电容式传感器的微小电容测量电路,对今后MEMS应用从航空航天等高精尖领域向人工智能物联网领域的拓展具有重要意义。     

环境温度对电容薄膜真空计修正因子的影响

本文介绍了电容薄膜真空计的原理,对环境温度对电容薄膜规校准结果产生的影响,以及修正方法做了分析。     

一种“绝对型”电容薄膜真空计的研制

介绍用磁控溅射制作的从大气往真空约覆盖5个量程的“绝对型”电容薄膜真空规，以及与该真空规配套的真空计的电路。该真空计测量范围为1．3～105Pd，真空规与电容信号检测电路置于同一金属壳内，以避免外界干扰。规的恒温胜温度波动小于±0．1℃，有效地降低了温度的影响。电路的非线性小于0．4％，高真空下北输出漂移小于0．1％，在13～105Pa各量程内，最大校准误差小于读数的4％。     

静态膨胀法真空标准装置的体积原位测定

在静态膨胀法中，起始压力在膨胀过程中的衰减率为初态与终态体积之比。在我们新研制的金属静态膨胀法真空标准装置中采用气体膨胀技术对体积比进行了原位精确测定。测量仪器为ＤＰＣ７０１０石英规和两保满量程分别为１３３．３ｋＰａ和１３．３３ｋＰａ的电容薄膜规（ＣＤＧ），为了降低测量仪器之间的差异给体积测定带来的不确定度，测量前将石英规和ＣＤＧ的经对统一起来。这样，体积的测定主要取决于测量仪器的线性，与它们测量     

MEMS电容薄膜真空计及其性能研究

基于微机电系统(MEMS)技术研制了一种新型电容薄膜真空计,结合测量电路,对真空计的整体性能进行了研究。结果表明,MEMS电容薄膜真空计具有良好的稳定性,测量范围为0.2～1 050 Pa,分辨率为0.1 Pa,准确度达到0.1%FS。封装后的MEMS电容薄膜真空计质量为5.0 g,体积为4.1 cm³,整机功耗为2 W左右,具有质量轻、体积小、功耗低、成本低的特点,在空间应用以及工业生产应用中比传统的机械式电容薄膜真空计更具优势。     

电容薄膜规的热流逸效应修正

介绍了电容薄膜规的国外研究概况、热流逸现象对真空测量的影响。并分析了实验结果与经验公式之间所存在的差异,说明了减少热流逸效应的方法。     

外延薄膜X射线表征方法的新进展

对X射线倒易空间图技术(RSM)及X射线反射技术(XRR)的原理及其在外延薄膜表征方面的应用进行了介绍。RSM主要用于表征外延薄膜的应变、弛豫、马赛克缺陷、倾斜等微观缺陷,因为这些缺陷在倒空间中按不同的方向展宽。而XRR主要用于模拟薄膜的厚度、粗糙度、密度及深度分布。