本文敘述了DL-10型石英真空計的研制結(jié)果，它用Φ2×6 型音叉狀石英晶振作為壓強傳感器。該真空計測量范圍是10~10⁵ Pa，誤差約10%。石英真空計是應(yīng)用石英晶振的諧振阻抗與氣體壓強有關(guān)的性能做的真空計。DL-10型石英真空計的振蕩電路中的晶振同時也是壓強傳感器。

　　石英晶振在諧振時，諧振阻抗與氣體壓強有關(guān)，上世紀八十年代就有人研究^[1] 。國內(nèi)在上世紀九十年代也有人對這種特性進行了研究^[2] 。目前這種真空計已經(jīng)上市，測量范圍是1 Pa 到大氣壓^[3] 。這種空計測量范圍較寬，精度較高。我們研制的DL- 10 真空計也是這種真空計，選用的晶振是Φ2×6 型，頻率標稱值為32.768 kHz，測量范圍是10 Pa 到大氣壓。

1、工作原理

　　晶振在諧振時，同時自身也存在機械振動，振動時將受氣體的阻力，阻力的大小與氣體壓強有關(guān)。因而晶振的電學(xué)特性阻抗也與氣體壓強有關(guān)。Φ2×6 晶振的阻抗與壓強的關(guān)系如圖1 所示。縱坐標是諧振阻抗Z 與固有阻抗Z0 之差△Z, 橫坐標是壓強。固有阻抗Z0 是壓強小于10^{- 3} Pa 時的Z 值，這時氣體的阻力已經(jīng)可以忽略了。它決定于晶振機械振蕩時自身內(nèi)部損耗的能量，它與壓強無關(guān)。Φ2×6 的Z0 約20 kΩ。由圖可見，在1~100 Pa 之間，△Z 與P 近似成線性關(guān)系， 在10⁴~10⁵ 之間，△Z 近似與姨P 成正比。DL- 10 真空計將圖1 曲線存入單片機中，測量△Z 值，由數(shù)碼管顯示壓強值。

圖1 Φ2×6 諧振阻抗與壓強的關(guān)系

5、討論

　　(1) 根據(jù)上述DL- 10 性能的測試，按計量部門的真空計量器具分類，DL- 10 真空計可屬于工作用真空計。

　　(2) 石英晶振測量壓強的性能有一定零散性，每支晶振都有獨自ΔZ VsP 曲線，因而每支晶振都要進行測試。

　　(3) 石英晶振的諧振阻抗與晶振諧振時的機械振動所受氣體阻力有關(guān)，而阻力與氣體性質(zhì)有關(guān)，因此石英真空計的讀數(shù)與氣體種類有關(guān)。

　　(4) 石英晶振原本不是用來測量壓強的，生產(chǎn)廠沒有提供有關(guān)壓強的資料，做真空計使用時需專門的測試，我們僅對Φ2×6 型晶振進行了測試，為了獲得優(yōu)良的壓強性能，還應(yīng)對其它型號晶振進行測試與研究，以便選擇最好的晶振作壓強傳感器。

　　（5）作為石英真空計產(chǎn)品測量范圍為10~10⁵ Pa。壓強小于10 Pa，長時間測量Z0 的漂移會增大很多，誤差也會增大很多。綜上所述，石英真空計具有價格低廉，誤差較小，量程較寬等優(yōu)點，值得推廣使用。

參考文獻

　　[1] Ono M, Hirata M, Kokubun K and Murakami H. Design and performance of a quartz oscillator vacuum gauge with a controller [J].J.Vac.Sci.Technol. 1985,A3 (3):May/Jun:1746.
　　[2] 劉斌，徐電，王新中，陳杭生.[J].真空電子技術(shù)，1995,(5):17
　　[3] Product instrument for CC- 10 wide range vacuum gauge[Z]. Televac Company, initial publication date: July 6.2005.