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。     

MEMS型电容薄膜真空计的关键技术研究进展

近二十年以来, 仪器的小型化发展以及微机电系统 (MEMS) 技术工艺的发展带动了电容薄膜真空计的发展。其中, MEMS型电容薄膜真空计能将电路和敏感元件集成在同一芯片上, 具有体积小、能耗低的优点, 能广泛的运用在工业测量、深空探测等领域, 是真空计量仪器研究热点之一。然而, 体积小伴随着的测量范围窄、输出线性度不高、长久密封困难和残余气体影响问题都制约着真空计的商品化发展。针对上述的技术瓶颈, 研究者提出了不同的技术方案来克服。文中总结相关的研究报道后对问题的缘由以及相应解决措施进行了分类整理与分析, 对文献报道的MEMS型电容薄膜真空计进行了对比分析。最后, 对MEMS型电容薄膜真空计的发展前景提出了展望。     

双电容结构对电容薄膜真空计输出特性的影响

单电容结构电容薄膜真空计输出结果常受到工作环境的不利影响,计划设置双电容结构改善这一情况。为研究双电容结构对电容薄膜真空计电容输出特性的影响,根据电容计算理论和FEA(Finite Element Analysis),基于COMSOL Multiphysics软件构建双电容结构有限元模型。通过理论计算和模拟仿真分别得到在不同载荷条件下测量电容和参考电容的理论值和模拟值,分析不同结构的电容随载荷变化情况。结果表明:双电容结构对电容薄膜真空计电容输出特性有一定优化作用。对比单电容结构,双电容结构电容薄膜真空计的优势为,在感压薄膜挠度变化小于其厚度时,线性度提高0.6%,灵敏度降低0.6 pF/Pa;在感压薄膜变形接近固定极板时,线性度提高3.6%,灵敏度降低0.001 pF/Pa。     

电容薄膜真空计测量误差修正方法研究

电容薄膜真空计是利用变极距平行平板电容器间接测量压力的仪器,未经过修正的真空计存在较大的测量误差。对电容薄膜真空计进行了校准试验,研究了测量误差与校准曲线的关系。提出了一种修正电容薄膜真空计测量误差的方法,并与仪器标定通用的修正因子法进行了对比分析。结果表明,该方法对误差曲线的修正作用优于单一修正因子法,能在全量程范围内起修正作用。研究结果为提高电容薄膜真空计的测量精度奠定了技术基础。     

MEMS型电容薄膜真空计的关键技术研究进展北大核心CSCD

近二十年以来,仪器的小型化发展以及微机电系统(MEMS)技术工艺的发展带动了电容薄膜真空计的发展。其中,MEMS型电容薄膜真空计能将电路和敏感元件集成在同一芯片上,具有体积小、能耗低的优点,能广泛的运用在工业测量、深空探测等领域,是真空计量仪器研究热点之一。然而,体积小伴随着的测量范围窄、输出线性度不高、长久密封困难和残余气体影响问题都制约着真空计的商品化发展。针对上述的技术瓶颈,研究者提出了不同的技术方案来克服。文中总结相关的研究报道后对问题的缘由以及相应解决措施进行了分类整理与分析,对文献报道的MEMS型电容薄膜真空计进行了对比分析。最后,对MEMS型电容薄膜真空计的发展前景提出了展望。     

火星探测小型电容薄膜真空计的性能研究

目前在用电容薄膜真空计存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种具有外形尺寸小、重量轻、工作温度范围宽等特点的小型电容薄膜真空计。在已经建立的金属膨胀式真空标准装置上对小型电容薄膜真空计的线性、稳定性、重复性等各项性能进行了反复的实验研究。实验结果表明,小型电容薄膜真空计具有良好的线性,重复性和稳定性的计算结果均能满足火星探测要求。     

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。     

电容薄膜真空计的温度特性研究北大核心CSCD

电容薄膜真空计(Capacitance Diaphragm Gauge,CDG)是一种常用的粗低真空测量传感器,具有较高的测量精度和稳定性。温度是影响真空计量准确性的重要因素之一,环境温度的变化会导致CDG的测量结果发生较大的偏移。为探究温度对CDG测量结果的影响情况,开展了温度环境实验,考察了保温型与非保温型CDG在-30℃~50℃环境中测量结果的变化情况。实验结果表明,保温型CDG在额定温度0℃~45℃环境中测量结果较为稳定,温度高于或低于该区间范围时,测量结果会发生一定程度的偏移;温度对非保温型CDG造成的影响较大,利用温度-压力误差曲面可以修正CDG误差,提高真空计测量精度。     

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.     

薄膜电容真空计电源的研究

介绍了利用交流电桥和相敏检波（PSD）原理设计的薄膜电容真空计电源的电路实施方案、主机电路结构和实测性能，对其中关键的小电容测量方法进行了深入的研究，在8h内测量，电容差值的漂移可小至10－3pF。主机结构采用微机控制和真空计模块化设计，可构成复合真空计或用于组装其他真空计。初步测试结果表明，这种真空计用单规管可以实现从大气至1Pa，覆盖五个数量级的真空度测量。     

真空规原位置校准装置

介绍了一种真空规原位置校准的设备,以及原位置校准技术研究,该装置具有结构简单、实用、不确定度小等优点,同时可以满足真空规的在线原位校准。     

真空计量的需求与发展

综述了对真空计量的需求与发展,其中包括对全压力、分压力、气体微流量、真空泵抽速、空间真空测量和特殊条件下对真空测量的需求,还包括对真空计量标准和测试设备的需求.     

智能枪械射频仪的研制

本文介绍了一种智能枪械射频仪的原理特点，阐述了技术关键及解决措施。     

全自动真空冷却性能测试装置的研制

全自动真空冷却性能测试装置是一台研究食品(农产品)冷却过程中各工艺参数关系及制冷设备、真空设备能量分配关系的试验装置.本文对其主要设备的控制方式、VB6.0测控软件的开发、测试系统所用的控制模块、控制流程作了详细介绍.     

离子阱低温超高真空系统的研制

离子阱是一种常用于光谱研究的装置,低温超高真空环境是其工作的基本条件.介绍了一套由真空腔体、真空抽气系统、温度监测及控制系统、脉管制冷机等组成的离子阱低温超高真空系统.在三种不同条件下对真空腔体进行抽真空对比试验,分析了影响真空系统极限真空的关键因素.采用超高真空获得方法与工艺,真空系统在常温和低温状态下分别获得了1.9×10-8Pa和5.0×10-10pa的真空度,在高真空绝热条件下,离子阱最低温度达到3.9K.文章最后对该系统的研制过程以及结果进行总结,提出了适用于同类低温超高真空系统设计与研制的相关结论.     

真空冶金技术的现状与发展

为使从事真空冶金技术人员对国内外真空冶金技术的现状和发展有较全面的了解,综述性详细回顾了真空冶金技术的历史及发展过程,对真空冶金进行了详细分类,对各类常用真空冶炼方法进行了系统论述,介绍了国内外发展情况,指出了发展前景及方向.