[发明专利]一种全量程真空计及其测试方法

说明书

本申请涉及一种全量程真空计及其测试方法。所述真空计包括：敏感模块、控制模块以及数据处理模块，敏感模块包括多个尺寸互异的敏感单元，在控制模块输出的不同的测试模态驱动下，利用敏感单元分别采用频率响应法、频率漂移法测量测量低真空和中真空的测试区间，利用多个尺寸互异的敏感单元，采用衰减法和PID控制法测量高真空的测试区间，数据处理模块持续采集敏感单元在不同测试模态下的输出参数，根据输出参数计算测试环境的实际压力值。采用本方法能够实现真空度的全量程测量。

技术领域

本申请涉及测量技术领域，特别是涉及一种全量程真空计及其测试方法。

背景技术

真空规为真空计量仪器的敏感元件，真空计则是一个完整的产品，含有真空规、测试电路与控制单元。

硅微谐振规和阻尼型粘滞性真空规分别被用来测试低中真空与中高真空，两者原理与测试真空度区间不同。目前尚未有相关的产品或者论文报道同一规表测试全量程真空度(该处全量程是指低真空：10⁵～10²Pa、中真空：10²～10^-1Pa、高真空10^-1～10^-5)。

硅微谐振规利用谐振频率测试气体压力，敏感元件在不同气体压力下的谐振频率不同，谐振频率与气体压力值成正相关的关系。硅微谐振规具有体积小、重量轻、功耗低、动态响应快以及抗干扰能力强，稳定性高等优点而被研究使用，用于粗低真空测试。阻尼型粘滞性真空规具有测量灵敏度高，测量重复性好的特点被用于中高真空测试，被广泛用作中高真空计量标准器具与量值传递溯源器具，目前报道的粘滞性真空计有Reva型粘滞性真空计与磁悬浮转子真空计两种。

Reva型粘滞性真空规的敏感元件是一根金属丝，金属丝外有永久性磁铁，金属丝通电时产生的电磁场会与永久磁铁产生的磁场通过电磁力相互作用而振动，随着压力的变化，为维持金属丝振幅保持恒定需要的电流值也会跟着改变，使金属丝的振幅保持恒定，能从金属丝的电流变化读取出环境的气体压力信息，该规表的测量范围为10⁵Pa～10^-1Pa，常用的测量范围是10Pa～10^-1Pa。

磁悬浮转子真空计是利用转子转速的相对衰减率与气体压力成正比的关系来测量压力。磁悬浮转子规的敏感部件为金属小球转子，转子置于金属管内，金属管外有一对永久磁铁以及三对电磁线圈。转子受到的重力与转子和永久磁铁之间的磁力相互抵消，使转子悬浮于待测环境中。使用电磁线圈产生的磁场调节转子的空间位置以及驱动转子高速旋转、测试转子的转速衰减。断开旋转磁场驱动后，转子在真空环境中自由旋转，在气体分子的阻尼作用下，转子的转速不断减小。转子转速的衰减速率与测试环境的气体压力有关，所以测试衰减时间就能准确的反映测试环境的气体压力。这种磁悬浮转子规的测试范围为1Pa～10^-4Pa，测试时不会产生离子、电子、光子，不会改变测试环境的气体压力与气体成分，无抽气效应，测试结果稳定，重复性好灵敏度高，是测试中高真空范围内性能最优良的真空计，经常被用作标准器具校准其他类型的真空计或者作为真空量值溯源和传递的标准器具。但是这种真空计存在制作困难、控制电路复杂、造价昂贵的问题，目前只有美国的MKS公司实现了磁悬浮转子粘滞性规的商业化生产，中高真空度量值传递标准器具的国产化任然处于空白。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种实现全量程的全量程真空计及其测试方法。

一种全量程真空计，包括：

敏感模块、控制模块以及数据处理模块；

所述敏感模块包括多个尺寸互异的敏感单元；

在所述控制模块输出的不同的测试模态驱动下，所述敏感单元包括多个测试模态；根据多个所述测试模态和多个尺寸互异的敏感单元，分别采用频率响应法、频率漂移法测量测量低真空和中真空的测试区间，采用衰减法和PID控制法测量高真空的测试区间；