压力被定义为每单位面积的受力大小:p=F/Ap=F/A (公式 1-3),其中 F 表示受力大小,A 表示受力面积。压力的 SI 单位是 1 N / m² = 1 Pa。其他压力常用单位有: 1 mbar = 1 hPa = 100 Pa and 1 Torr = 133.322 Pa。如果通过施加在物体面积 上的力的大小来测量压力,则压力测量与气体种类无关。在 普发真空智能手机应用程序中心 (visit www.pfeiffer-vacuum. cn) 中可找到真空技术中所有常用压力单位的转换工具。
在受力基础上的压力测量,在压力低于 1 hPa 时达到其极 限, 因为此时所施加的力太小。因此,必须使用其他方法测 量。例如,可通过测量封闭空间中气体的导热系数,或者可 以电离气体分子并测量电极之间的离子电流。因此,根据气 体属性来确定压力大小的这些间接测量方法,因气体种类而 不同。
在真空技术中,没有任何一种单一的测量方法能够涵盖整个 压力范围。因此,有必要使用不同的传感器。压力传感器的 选择标准是基于各种条件的,如:
要检测的压力范围
气体组成:惰性或腐蚀性
所需精度和可重复性
环境条件,如放射性
在使用膜片真空计的情况下,可根据压力定义进行压力测 量。压力 p 被施加在具有限定面积 A 的膜片上,并依据压力 的大小使膜片变形。使用传感器对膜片的变形程度进行测 量;在最简单的情况下,变形将会机械的传输给在压力盘上 移动的指针。压阻或电容传感器接收压力信号并将其转换成 电信号。
压电膜片真空计
一个简单且效果强大的方式是使用压阻传感器。设计如图 5.1所示。应变阻力已经在其中扩散的膜片被安置在具有参考压 力 p0 的真空空间上方。膜片变形所测量的阻力变化为压力。 该传感器的特点是其对气体冲击的不敏感性及其高精度
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图 5.1: 膜片式真空计的设计
电容式膜片真空计
在电容式真空计(图 5.2)中,将对膜片变形程度进行测量, 并以其衡量平板电容器的电容变化,该变化是通过在具有压 力P0的通气良好的真空空间中的膜片和固定参考电极形成 的。该膜片组由具有真空金属化涂层的陶瓷或不锈钢组成。 该方法和具有不同敏感程度的膜片可用于执行四十年的测 量。测量下限是 10-5 hPa。
缺点有:
由于温度影响,电容器极板之间的间隙会发生变化
低温下作用在膜片上的力将逐渐减小
通过已知温度漂移的电子补偿或通过可使传感器保持在恒定 温度的集成加热器可将温度造成的影响最小化。通过使用陶 瓷膜片材料可进一步减少温度的影响;此外,陶瓷膜片还为 电容式真空计带来优异的耐腐蚀性性能。
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图 5.2: 电容式膜片真空计的设计
磁悬浮转子计
磁悬浮转子计 (SRG),即所谓的气体摩擦计,用于校准目 的。球体被磁力悬浮在真空中并使其快速旋转,此时给驱动 器断电。由于气体摩擦,可从旋转频率减少计算气体的压 力。在分子流范围内,这些装置测量的压力 p > 10 -7 hPa。 装置的校准只依赖于球体,这意味着经校准的球体可作为传 递标准。这些真空计不适合于真空工艺,因为随着压力下 降,测量过程所需的时间增加。