常用真空计的测量范围及其性能.doc

常用真空计的测量范围及其性能王逊(北京大学电子学系，北京100871)摘要：介绍几种测量范围为10-8105Pa的常用真空计，其应用十分广泛，性能较好，价格较低。关键词：真空计；测量范围；性能中图分类号：TB771；TNl07文献标识码：B文章编号：1002-0322(2004)04-0047-021概述上世纪80年代有关文件将常用真空计概括为六大类1，即热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计（可测量超高、高真空）、电容薄膜真空计、热电偶真空计、电阻真空计及压缩式真空计。同一年代又出现压敏（压力敏感元件）电阻真空计，现在共有七大类。本文仅介绍应用广泛性能较好且价格较低的几种真空计，测量范围参见图1。2电离真空计电离真空计的离子流与压强关系为线性关系（直接测量参数与所需测量参数之间为线性关系，可作为直观仪表），规管（测量元件）测量上限由规管非线性不超过20所对应的压强确定，测量下限由规管本底压强示值的10倍确定2。（在非线性不超过20%时，可近似为线性测量）电离计总的测量范围为10-8102Pa，一般说来，每一种结构的规管只能覆盖一部分。（每一种结构的规管产生的离子流与压强在一定范围内成线性相关）BA计收集极做成针状，它的X光本底电流小，因而下限可达10-8Pa，是一种超高真空计。它的上限为10-1Pa，灯丝是钨丝。DL-2型真空规管在上世纪50年代在我国生产，它是高真空规管，测量范围是lO-510-1 Pa，钨灯丝。钨灯丝在高压强易氧化而烧断，规管在10-1Pa工作寿命约1个星期。因而上限不能超过10-1 Pa。70年代研制了DL-5型中真空规管3。它的测量范围是10-410 Pa。该规管在国内首先用敷氧化钇铱丝作灯丝，可以在高压强工作。高压强规管的几何尺寸要小，以减小电子在行程中与气体分子碰撞。后来有人做出_DL-8型规管，它的几何尺寸比DL-5更小，上限可达100 Pa。热阴极电离计在压强大于10 Pa时使用不太合适（测量元件在高压强下易氧化而烧断）。在高压强时发射电流应减小。上世纪80年代，用敷氧化钇铱丝代替BA计中的钨丝做出DL-7型BA计规管4。它的测量范围是5lO-810-1 Pa，与钨丝的BA计相比，它更适合在较高压强下工作。同在80年代，有人将敷氧化钇铱丝代替DL-2型规管中的钨丝，做成DL-9型规管5，使上限压强扩展一个数量级，测量范围为10-51 Pa。在研究吸气剂性能时，应在小发射电流下工作，以减小电离计的吸气效应。在有害气氛下工作用小发射电流可以延长灯丝寿命。 电离计的误差为1：10-810-1 Pa，=70；10-510-1 Pa，=土50；10-310 Pa，=50。单片机问世后不久，就开始用单片机控制电离真空计6。单片机操作代替了原电路中的调零点、调满偏、调发射、换量程等手工操作，并有诸多功能板，例如RS232串口，模拟量输出等可与计算机联机，真空计还可以用单片机设置输出信号。 3热电偶真空计上世纪50年代，已有DL-3(ZJ51)型热偶规管生产，它的加热丝是铂金丝，热偶丝是康铜镍铬丝。它在定流模式的特性曲线如图2曲线2所示。上世纪80年代研制出了ZJ53B、ZJ54B等热偶真空规管7，它们的加热丝与热偶丝都是康铜镍铬丝，直径比DL-3型规管的丝还细，因此工作压强比DL-3型规管高。它们定流模式的特性曲线如图2曲线1所示。DL-3型测量范围是10-160 Pa，ZJ53B、ZJ54B测量范围是10-1400 Pa。热偶真空计误差为8压强小于5102Pa时：士20；压强不小于5102Pa时：50。以上两种热电偶规管，定流工作模式最大热电偶电动势为10 mV，相当于179oC。定温式热电偶计可扩展上限，例如ZDO-150型定温式热电偶真空计测量范围是1105 Pa9。 4电阻真空计电阻真空计工作模式分定压式和定温式。定压式测量范围为1102Pa，定温式测量范围可扩展到1105Pa。图3示出ZJ52T(曲线2)和莱宝公司的TR211(曲线1)规管定温特性曲线。由图可见，ZJ52T在压强大于1 kPa时，误差就会很大。TR211规管在压强大于10 kPa时，误差会很大。电阻真空计工作温度高，上限压强高，但在高温工作时会影响规管的寿命，一般为110oC较合适，比热电偶真空计工作温度稍低。 5压敏电阻真空计上世纪70年代凯勒公司压敏电阻传感器进入市场。80年代我国研制出用压敏电阻做成的HLP-03型低真空计10。测量范围是10 Pa110 kPa。传感器在10100 Pa之间温度漂移较严重，会给真空计带来很大的误差。压敏电阻真空计精度高，线性好，性能稳定，是结构简单、价格便宜的一种真空计。在要求测量大于100 Pa的场合下，选择压敏电阻真空计较合适，它的误差约为25。 参考文献：1JJG2022-89中华人民共和国国家计量睑定系统真空计量器具S.19892JBT7462-94中华人民共和国机械行业标准，热阴极电离直空规管技术条件S.19943孔庆升.热阴极中真空电离计的研究J真空技术，19754(3):594王逊，何焕玮，张宛予，孔瑞芬DL-7(ZJ-12)型电离规管的研制J真空，1983(2)：24-295何焕玮，冯德章，程传箴DL-9型热阴极电离真空规管J真空，1985(3)：15-196王逊，富文范热阴极电离真空计的单片机控制电路J真空，1988(6)：46-487冶金部钢铁研