DL-10A型石英真空計
DL-10A 型石英真空計，測量范圍為5×10-1~105 Pa。石英真空計的特點(diǎn)是傳感器的體積小，這樣該真空計除與其它真空計一樣測量氣體壓強外，它能測量小體積，例如1 cm3 大小的密封器件的氣體壓強，并能檢測真空的保持狀態(tài)。
1、引言
上世紀50 年代，D.J.Pacey 研究用石英晶振測量氣體壓強，80 年代M.Ono 等人研制了測量范圍為0.001~1000 Torr 的石英真空計，國內在90 年代也有人研制了石英真空計，目前已有石英真空計產(chǎn)品。石英晶振在振蕩時(shí)，其諧振頻率或諧振阻抗與壓強有關(guān)，該特性均可以用來(lái)測量氣體壓強。作為工作用真空計，用諧振阻抗與氣體壓強有關(guān)的性能作真空計是比較適合的，本文所述DL-10A 型石英真空計就是指這種真空計。石英真空計的性能決定于石英晶振的結構和幾何尺寸。M.ono 研究了音叉結構晶振的幾何尺寸對真空計性能的影響。
2、石英真空計的原理
晶振在諧振時(shí)，電學(xué)阻抗與氣體壓強有關(guān)。我們測量晶振阻抗的電路如圖1 所示。
VAB 是晶振兩端的電壓
I 為流過(guò)晶振的電流
圖1 諧振阻抗測量電路
VAE 是AE 兩點(diǎn)間的電壓，VDE 是DE 兩點(diǎn)間的電壓。測量了阻抗，由阻抗與氣體壓強的關(guān)系曲線(xiàn)，便可知道氣體的壓強。
DL-10A 型石英真空計采用FC135 晶振做傳感器，其阻抗與壓強的關(guān)系如圖2 所示。圖中縱坐標ΔZ 是諧振阻抗Z 與固有阻抗Z0之差。固有阻抗是壓強遠小于下限即小于10-3 Pa 的阻抗。橫坐標是壓強，由圖可見(jiàn)，在壓強小于100 Pa時(shí)，ΔZ 與P 近似成線(xiàn)性關(guān)系。我們將上述曲線(xiàn)存在單片機中，測量ΔZ 值，由數碼管顯示對應的壓強值，這就是石英真空計的工作原理。
圖2 FC135 晶振諧振阻抗與壓強的關(guān)系
DL-10A 還設置一個(gè)零點(diǎn)調節按鍵，當壓強小于10-3 Pa 時(shí)，按一下該按鍵，單片機執行中斷程序，將此時(shí)的Z 值存在單片機的EEPROM 中。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為當儀器長(cháng)時(shí)間不用或環(huán)境溫度變化較大時(shí)，應進(jìn)行零點(diǎn)調節。DL-10A 控制單元采用ATMega16 單片機對整機進(jìn)行控制，AD 變換采用LTC2412 芯片。根據用戶(hù)需要可配備RS485 接口或RS232 接口，或無(wú)線(xiàn)發(fā)送裝置。使用無(wú)線(xiàn)發(fā)送裝置在20M 距離內可在隔壁房間讀取測量數據。
建議感興趣的同志可以閱讀：石英真空計的工作原理。
3、DL-10A 的性能
我們將一臺DL-10A 送中國計量科學(xué)研究院校準，校準結果如表1 所示。
表1 DL-10A 型石英真空計的校準結果
DL-10A 的校準曲線(xiàn)如圖3 所示，其橫坐標是計量院測量標準值，縱坐標是DL-10A 顯示值。
DL-10A 的下限決定于Z0 隨時(shí)間漂移帶來(lái)的誤差。它主要決定于晶振的結構以及環(huán)境溫度的變化。DL-10A 在下限附近的比對曲線(xiàn)如圖4所示。
圖中縱坐標是DL-10A 的讀數，橫坐標壓強大于等于1Pa 是MKS 簿膜真空計讀數，壓強小于1 Pa 是DL-5 電離真空計讀數。由圖可見(jiàn)，在小于5×10-1 Pa 讀數分散在圖中陰影范圍，測量誤差很大， 因此DL-10A 的測量下限為5×10-1 Pa，DL-10A 的測量上限是105 Pa。
圖3 DL-10A 校準曲線(xiàn) 圖4 DL-10A 的比對曲線(xiàn)
4、石英真空計的特點(diǎn)與應用
石英真空計的特點(diǎn)是傳感器體積小，DL-10A采用的晶振是FC135，其尺寸為：3.2 mm×1.5 mm×0.8mm。這樣，該真空計除與其它真空計一樣測量氣體壓強外，它能測量小體積，例如1 cm3 大小的密封器件的氣體壓強，并能檢測真空的保持狀態(tài)。
5、小結
石英真空計的下限決定于石英晶振諧振阻抗的漂移，而阻抗的漂移決定于石英晶振的結構及環(huán)境溫度，選擇適當的晶振，可以獲得較低的下限。DL-10A 石英真空計下限可達5×10-1 Pa，測量范圍為5×10-1 Pa-105 Pa，石英真空計的特點(diǎn)是傳感器體積小，它能在體積小的真空密封器件中測量真空與檢漏。
