CN209470807U - 一种电容式薄膜真空计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电容式薄膜真空计，包括壳体、检测膜片、固定基板和固定极板，壳体内具有一容置空间，检测膜片固定在容置空间内并将容置空间分割成检测腔和真空腔。固定基板固定在真空腔内，固定基板朝向检测膜片的一面固定设置有两个固定极板，两个固定极板左右对称且间隔布置。本实用新型中将两个固定极板按照左右对称且间隔分布的方式设置，使得两个固定极板都有一部分面积在检测膜片中心变形量最大区域，因而能使两个ΔC最大化，进而增加了测量的准确度和稳定度，提高了真空计的测量精度和测量范围，同时提高真空计的灵敏度和分辨率。

Description

一种电容式薄膜真空计

技术领域

本实用新型属于真空计量技术领域，具体涉及一种电容式薄膜真空计。

背景技术

在工业生产中真空已广泛地应用于冶金、化工、航天、原子能加速器、半导体及电真空制造中，所以真空测量也必不可少。近年来随着电子技术的发展，已可测量微小电容的变化，因此电容式薄膜真空计得到了飞速发展。

电容式薄膜真空计是根据弹性的检测膜片在压差作用下产生应变而引起电容变化的原理制成的，其主要由电容式薄膜规(又称电容式绝压变送器)和测量仪器两部分组成。电容式薄膜真空计与其他低真空测量仪器相比具有如下特点：1、是全压强测量，与被测气体的种类无关，其灵敏度对各种气体、蒸汽是相同的。2、动态响应时间快。3、测最范围宽。4、可以实现压力的远距离测量和控制。其输出电信号可接上百米的电缆以实现真空系统的远距离测量。

但是，目前的电容式薄膜真空计测量精度较低、测量误差较大、稳定性较差且灵敏度和分辨率较低。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供一种电容式薄膜真空计，旨在解决现有技术中存在的电容式薄膜真空计测量精度较低、测量误差较大、稳定性较差以及灵敏度和分辨率较低的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型提供一种电容式薄膜真空计，包括壳体、检测膜片、固定基板和固定极板；壳体内具有一容置空间，检测膜片固定在容置空间内并将容置空间分割成检测腔和真空腔；固定基板固定在真空腔内，固定基板朝向检测膜片的一面固定设置有两个固定极板，两个固定极板左右对称且间隔布置；其中，两个固定极板为固定电极，检测膜片为弯曲电极，固定电极与弯曲电极组成一个可变电容器。

根据本实用新型，两个固定极板之间的间隙的宽度小于等于0.1mm。

根据本实用新型，两个固定极板与检测膜片相对设置的一面上均设有金属层。

根据本实用新型，金属层的厚度为8～10μm。

根据本实用新型，金属层的材质为金或者银。

根据本实用新型，壳体上还设有消气剂，消气剂与真空腔相连通。

根据本实用新型，还包括极板引出线，极板引出线的一端与两个固定极板连接，其另一端伸出真空腔的外部。

根据本实用新型，壳体上设有检测孔，且检测孔与检测腔相连通。

根据本实用新型，壳体上还设有排气管，排气管与真空腔相连通。

根据本实用新型，壳体的材质为镍基合金。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

本实用新型中将两个固定极板按照左右对称且间隔分布的方式设置，使得两个固定极板都有一部分面积在检测膜片中心变形量最大区域，因而能使两个ΔC最大化，进而增加了测量的准确度和稳定度，提高了真空计的测量精度和测量范围，同时提高真空计的灵敏度和分辨率。

附图说明

图1为如下实施例提供的电容式薄膜真空计的结构示意图；

图2为图1中示出的左侧固定极板和右侧固定极板的局部放大图；

图3为现有技术中电容式薄膜真空计的结构示意图。

【附图标记说明】

1：壳体；11：检测腔；12：真空腔；2：检测膜片；3：固定基板；4：固定极板；41：极板引出线；42：左侧固定极板；43：右侧固定极板；44：外圈固定极板；45：内圈固定极板；5：消气剂；6：排气管；7：检测孔。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

参照图1和图2，本申请提供一种电容式薄膜真空计，其特征在于，包括壳体1、检测膜片2、固定基板3和固定极板4。

其中，壳体1内具有一容置空间，检测膜片2固定在容置空间内并将容置空间分割成检测腔11和真空腔12。固定基板3固定在真空腔12内，固定基板3朝向检测膜片2的一面固定设置有两个固定极板4，两个固定极板4左右对称且间隔布置。两个固定极板4为固定电极，检测膜片2为弯曲电极，固定电极与弯曲电极组成一个可变电容器。

具体地，上述的真空腔12为全密封结构，被测的低真空压力通过下述的检测孔7进入检测腔11后，检测膜片2在压差的作用下产生应变，改变了其与固定极板4之间的距离，因而引起电容的变化。不同的真空度决定了不同的弹性形变，电容也随之改变，从而实现对真空度的测量。

在研究中发现，针对现有技术中的真空计，结构如图3所示，包括内外圈两个极板，分别为外圈固定极板44和内圈固定极板45，当检测腔11中的压力P₁大于真空腔12中的压力P₀时，检测膜片2会产生变形。变形的形状是一个类似球冠体，中心高四周低，球冠的高度大小完全取决于P₁与P₀之间压力差的大小。根据电容公式C＝e_re₀A/d(其中e_r、e₀为电容率常数，A为两极板之间的公共面积，d为两极板之间的间隙)，可以得出对于每个测量电极而言，电容的分数变化等于负的电极间隙间距上的分数变化，即ΔC//C₀＝-Δd//d₀(其中C₀为初始状态电容量，d₀为初始状态两极板间隙)。

然而，对于球冠而言，Δd并非是一个恒定值，分布为中心大、四周小，因此ΔC内就会远大于ΔC外。ΔC外过小，对于原本就只有几十pF的C₀来说，ΔC值越小，越不利于准确地获取到，从而影响测量P₁的精度。也就是说，现有技术中真空计内外圈极板的电容变化不均匀，外圈的电容变化量非常小，在测量时往往需要进行信号放大处理，但是放大的同时也将干扰信号放大，进而大大降低了测量精度。

基于上述的研究发现，本申请中将两个固定极板4按照左右对称且间隔分布的方式设置，分别为左侧固定极板42和右侧固定极板43，这样，使得两个固定极板4都有一部分面积在检测膜片2中心变形量最大区域，因而能使两个ΔC最大化，进而增加了测量的准确度和稳定度，提高了真空计的测量精度和测量范围，同时提高真空计的灵敏度和分辨率。

在本申请的具体实施方式中，上述两个固定极板4之间的间隙的宽度小于等于0.1mm，以充分利用固定基板3上的空间区域，使两个ΔC尽可能的最大化。

在实际应用中，两个固定极板4与检测膜片2相对设置的一面上均设有金属层。金属层的材质一般为金或者银等不活泼金属，壳体1的材质优选为镍基合金，以使整个真空计具备更好的耐腐蚀性能，能够应用于苛刻的腐蚀环境中。金属层的厚度一般为8～10μm，以使固定极板4的电学性能更佳，进一步提高真空计的精度和灵敏度。

两个固定极板4在进行制备时，通常采用涂布、电镀或者溅射等手段将固定基板3朝向检测膜片2的一面完全覆盖上一层均匀的金属层。采用激光雕刻技术，在中间雕刻出一条隔离线，将整块金属层分割成左右两边，隔离线即为上述两个固定极板4之间的间隙。这样的设计使得两个固定极板4都有一部分面积在检测膜片2中心变形量最大区域，因而能使两个ΔC最大化，进而增加了测量的准确度和稳定度。

在具体实施过程中，壳体1上还设有排气管6，排气管6与真空腔12相连通。一般排气管6在真空腔12的外部与真空泵连接，以通过对真空腔12进行抽气而使真空腔12内处于真空状态。为了消除真空腔12内的残余气体，以达到长时间保持真空腔12内的高真空度的目的，壳体1上还设有消气剂5，消气剂5与真空腔12相连通，从而提高了真空计内外气压的稳定性。在实际使用时，例如可以设置一个与真空腔12相连通的消气剂室，消气剂5放置在消气剂室中，而对于消气剂5的类型根据实际需要进行选择即可，本申请对此并不进行限定。

上述的真空计还包括极板引出线41，极板引出线41的一端与两个固定极板4连接，其另一端伸出真空腔12的外部并与外部的电容测量电路相连。壳体1上设有检测孔7，且检测孔7与检测腔11相连通，一般通过进气管与该检测孔7连接，以便用于将被测的低真空压力气体通入到检测腔11中。

以下将以图1中示出的本实施例中的真空计与图3中示出的现有技术中的真空计的结构为例进行测试，来对比两者的电容量的变化，具体如下：

首先、对图3中示出的现有技术中的电容式薄膜真空计进行测试，测定其初始电容量C₀，然后给予一定恒定压力P₁，测量内外圈的电容量差值ΔC，对多个样本进行测量并保证测试环境的一致性，测量结果如下表1所示：

表1

由上表1可以看出，现有技术中的的真空计，其极板外圈的电容变化量非常小，在测量时往往需要进行信号放大处理，但是放大的同时也会将干扰信号同时放大，这对测量精度非常不利的。

其次、在同样的测量环境和条件下对图1中示出的本实施例中的电容式薄膜真空计进行测试，测定其初始电容量C₀，然后给予相同的恒定压力P₁，测量左右两侧的电容量差值ΔC，对多个样本进行测量并保证测试环境的一致性，测量结果如下表所示：

表2

由上表2可以看出，采用本实施例中左右对称分布的两个固定极板4后，真空计的初始电容量得以提高，电容变化量得到扩大，并且左右两侧电容量相对均衡。因此，后续信号采样和处理难度有所降低，干扰信号减少，测量精度得到了保证。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对实用新型做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种电容式薄膜真空计，其特征在于，包括壳体(1)、检测膜片(2)、固定基板(3)和固定极板(4)；

所述壳体(1)内具有一容置空间，所述检测膜片(2)固定在所述容置空间内并将所述容置空间分割成检测腔(11)和真空腔(12)；

所述固定基板(3)固定在所述真空腔(12)内，所述固定基板(3)朝向所述检测膜片(2)的一面固定设置有两个所述固定极板(4)，两个所述固定极板(4)左右对称且间隔布置；

其中，两个所述固定极板(4)为固定电极，所述检测膜片(2)为弯曲电极，所述固定电极与所述弯曲电极组成一个可变电容器。

2.如权利要求1所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

两个所述固定极板(4)之间的间隙的宽度小于等于0.1mm。

3.如权利要求1所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

两个所述固定极板(4)与所述检测膜片(2)相对设置的一面上均设有金属层。

4.如权利要求3所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

所述金属层的厚度为8～10μm。

5.如权利要求3所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

所述金属层的材质为金或者银。

6.如权利要求1所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

所述壳体(1)上还设有消气剂(5)，所述消气剂(5)与所述真空腔(12)相连通。

7.如权利要求1所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，还包括极板引出线(41)，所述极板引出线(41)的一端与两个所述固定极板(4)连接，其另一端伸出所述真空腔(12)的外部。

8.如权利要求1所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

所述壳体(1)上设有检测孔(7)，且所述检测孔(7)与所述检测腔(11)相连通。

9.如权利要求1所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

所述壳体(1)上还设有排气管(6)，所述排气管(6)与所述真空腔(12)相连通。

10.如权利要求1-9任一项所述的电容式薄膜真空计，其特征在于，

所述壳体(1)的材质为镍基合金。