上海上港vs川崎前锋预测:DL-10型石英真空計的性能

真空規管 王遜 北京大學電子學系

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  本文敘述了DL-10型石英真空計的研制結果,它用Φ2×6 型音叉狀石英晶振作為壓強傳感器。該真空計測量范圍是10~105 Pa,誤差約10%。石英真空計是應用石英晶振的諧振阻抗與氣體壓強有關的性能做的真空計。DL-10型石英真空計的振蕩電路中的晶振同時也是壓強傳感器。

  石英晶振在諧振時,諧振阻抗與氣體壓強有關,上世紀八十年代就有人研究[1] 。國內在上世紀九十年代也有人對這種特性進行了研究[2] 。目前這種真空計已經上市,測量范圍是1 Pa 到大氣壓[3] 。這種空計測量范圍較寬,精度較高。我們研制的DL- 10 真空計也是這種真空計,選用的晶振是Φ2×6 型,頻率標稱值為32.768 kHz,測量范圍是10 Pa 到大氣壓。

1、工作原理

  晶振在諧振時,同時自身也存在機械振動,振動時將受氣體的阻力,阻力的大小與氣體壓強有關。因而晶振的電學特性阻抗也與氣體壓強有關。Φ2×6 晶振的阻抗與壓強的關系如圖1 所示。縱坐標是諧振阻抗Z 與固有阻抗Z0 之差△Z, 橫坐標是壓強。固有阻抗Z0 是壓強小于10- 3 Pa 時的Z 值,這時氣體的阻力已經可以忽略了。它決定于晶振機械振蕩時自身內部損耗的能量,它與壓強無關。Φ2×6 的Z0 約20 kΩ。由圖可見,在1~100 Pa 之間,△Z 與P 近似成線性關系, 在104~105 之間,△Z 近似與姨P 成正比。DL- 10 真空計將圖1 曲線存入單片機中,測量△Z 值,由數碼管顯示壓強值。

Φ2×6 諧振阻抗與壓強的關系

圖1 Φ2×6 諧振阻抗與壓強的關系

5、討論

  (1) 根據上述DL- 10 性能的測試,按計量部門的真空計量器具分類,DL- 10 真空計可屬于工作用真空計。

  (2) 石英晶振測量壓強的性能有一定零散性,每支晶振都有獨自ΔZ VsP 曲線,因而每支晶振都要進行測試。

  (3) 石英晶振的諧振阻抗與晶振諧振時的機械振動所受氣體阻力有關,而阻力與氣體性質有關,因此石英真空計的讀數與氣體種類有關。

  (4) 石英晶振原本不是用來測量壓強的,生產廠沒有提供有關壓強的資料,做真空計使用時需專門的測試,我們僅對Φ2×6 型晶振進行了測試,為了獲得優良的壓強性能,還應對其它型號晶振進行測試與研究,以便選擇最好的晶振作壓強傳感器。

 ?。?)作為石英真空計產品測量范圍為10~105 Pa。壓強小于10 Pa,長時間測量Z0 的漂移會增大很多,誤差也會增大很多。綜上所述,石英真空計具有價格低廉,誤差較小,量程較寬等優點,值得推廣使用。

參考文獻

  [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,1995,(5):17
  [3] Product instrument for CC- 10 wide range vacuum gauge[Z]. Televac Company, initial publication date: July 6.2005.