q:在倾斜、水平或倒立安装薄膜规时,为何有时会出现测量值不准的情况?
a:inficon专业工程师:薄膜规的精度非常高,通常可达到读值的千分之几,甚至万分之几,因此,其测量值对于安装方向非常敏感。不同的安装方向下,重力对薄膜规内膜片的影响,都会不同程度地引起测量值的偏差。
薄膜规的全称为电容薄膜规(capacitance diaphragm gauge),其内部有一个薄膜,我们通常叫它膜片(diaphragm),它是测量真空度的核心部件。膜片上与参考腔体(reference chamber)另一侧均镀有一层电极(electrode),由此形成了一个电容,如图①。
电容大小的计算公式为:c=εs/d
(ε为极板间介质的介电常数,s为极板面积,d为极板间的距离)。
为什么薄膜规对安装方向敏感?
在薄膜规中,介电常数ε和极板面积s为定量,只有极板间的距离d会发生变化。例如,当薄膜规的传感器处于大气状态时,大量的分子撞击膜片形成的压力,使膜片向参考腔体方向位移形变,d值减小,如图②;而当薄膜规的传感器处于真空状态时,撞击膜片的分子减少,膜片上的作用力也减小,使膜片回移,d值则增大,如图③。电容大小随着d值的改变发生变化,而后我们再基于这种变化,计算出真空度的变化。
以上是理想情况下薄膜规的工作状态,而实际上,除了气体分子撞击外,其他因素也会引起膜片的形变,例如,膜片的重力(gravity),环境温度等等。
由于薄膜规的精度非常高,重力对膜片产生的形变就变得不可忽略。例如,当薄膜规垂直安装时,膜片处于水平位置,重力方向与膜片垂直,作用在膜片上的重力会产生一个附加形变,即δd;而当薄膜规水平安装时,重力方向与膜片平行,重力不会引起膜片形变,此时,δd=0,如图④。δd的变化,也会改变电容大小,从而造成测量值的偏差(offset)。
不同安装方向会如何影响薄膜规测量值?
当薄膜规的满量程越小,重力产生的附加形变δd对测量值的影响就越大,例如,对于100mtorr的薄膜规,垂直和水平方向安装,测量值的偏差可能会达到18mtorr左右。
下列是不同满量程薄膜规,在水平和垂直安装时测量值的差别:
当薄膜规因安装方向测量不准时,如何解决?
inficon薄膜规在出厂时,通常是垂直安装进行校准的。若因为安装方向而造成测量不准时,您也不用过于着急,只需将薄膜规按照目前安装的方向,遵行说明书中调零的要求和步骤,进行一次零点的校准即可。inficon的薄膜规为一键调零,非常方便快捷。
零点校准操作后,薄膜规内置的程序会自动将重力产生的测量值偏差重新计算和扣除,这样,您的薄膜规就会恢复精准状态啦!
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