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.     

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。     

现场真空漏孔校准装置的设计

为了减小现场环境与校准环境的差异对真空漏孔校准的影响,通过理论研究,设计了现场真空漏孔校准装置,可实现对真空漏孔的现场校准。考虑到现场真空漏孔校准装置需便于携带及搬运,装置的设计采用了分体式结构。现场真空漏孔校准装置由抽气系统、校准室系统、真空漏孔连接系统、流量输出系统、充气系统、定容室与压力测量系统及烘烤系统等7个部分组成,复合了定容法及固定流导法两种校准方法,预计真空漏孔校准范围为5＆#215;10-10～5＆#215;10-5 Pa？m3/s,合成标准不确定度为10％。     

真空条件下氧化铂吸氢特性与微观结构研究

为探究氧化铂(PtO₂)作为吸附剂在低温容器夹层的吸氢特性,采用静态膨胀法获得了PtO₂、PdO、Ag₂O及5A分子筛对氢气的吸附等温线,通过比较4种吸附剂对氢气的吸附性能,研究了氧化铂吸附氢气的机理,提出了常用吸附剂PdO配置PtO₂、Ag₂O的组合吸附剂。此外,利用BET理论、t-Plot法、BJH法分析了氧化铂的孔隙结构信息,为氧化铂在低温容器中的应用提供了理论支撑。结果表明:PdO在较宽平衡压力范围内吸氢性能优异,吸附量能达到1.7×10⁴ Pa·L/g;PtO₂在平衡压力大于10 Pa后对氢气的吸附作用较强;Ag₂O在平衡压力低于3×10^-1Pa时吸氢量大于PtO₂,在2×10^-2Pa左右时吸附性能甚至与PdO相当。低温容器常用吸附剂PdO中按比例配置PtO₂、Ag₂O形成组合吸附剂,在不整体降...     

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...     

毫秒量级快速动态真空校准稀薄气体非定常流动研究

对毫秒量级快速动态真空标准压力建立过程进行分析,获得了经实际气体特性和温度变化修正的动态真空标准压力理论模型,分析表明:上游室压力呈指数规律衰减,快速开合超高真空插板阀打开时间和限流小孔流导值是决定标准压力建立时间的关键因素。此外,在阻塞流态下,对气体膨胀过程进行数值模拟,并做了实验验证。结果表明:上游室压力均匀变化,意味着被校真空计安装位置不会影响校准结果;上游室温度下降呈现出较大梯度,实验测量时应将热电偶尽量布置在上游室中心位置;理论和模拟压力与实测压力最大不确定度分别为10%和4.65%,表明该校准系统能够在毫秒量级的时间内产生可以预测的压力变化;实际气体特性修正因子值为1,可忽略其对标准压力建立的影响;限流小孔流导最大和最小值相差0.8,证明了推导标准压力模型时假设小孔流导为定值的合理性。     

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。     

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。     

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。     

宽量程四极质谱计研制及性能研究

基于四极质谱交变电场和静电场中离子运动轨迹对离子源、质量分析器和离子检测器的物理参数及几何结构尺寸进行设计,研制了宽量程四极质谱计,其物理部分核心质量为2.05 kg,体积为(315×145×60) mm³,仪器功耗为86 W,并对质谱计的质量范围、灵敏度等核心性能指标开展实验研究。结果表明,该质谱计的质量范围为2～614 u,采用氩气测试其他性能,法拉第和倍增器的检测灵敏度分别为2.62×10^-6、13 A/Pa,不同质量段50%峰高处的分辨能力分别为0.95 u(m/z 2)、0.72 u(m/z 40)、0.78 u(m/z 132)和1.32 u(m/z 614),线性工作压力上限为1.39×10^-3 Pa,仪器在4 h内的信号强度稳定性为2.6%,8 h内的质量轴稳定性为±0.1 u。该质谱计有望应用于空间探测,军事技术,食品安全等领域。