[发明专利]电磁力驱动振膜真空规

说明书

本发明是一种用于粗真空和低真空测量的振膜真空规，属于真空测量技术领域。

现有的振膜真空规通常由振膜、驱动电极和测量电极组成，例如约翰、迪美夫(John Dimeff)等[Rev Sci Instru Vol 33,804(1962)]和胡伟等[真空技术，No、4,327(1978)]所说明的振膜真空规。这种真空规在驱动电极加上激励电压Vi后，驱动电极与振膜间产生一个静电力，迫使振膜振动。振动的振膜调制了振膜与测量电极间的电容，使直流偏置电压V_s调制成一个相应的交变电压V_o。由于振膜的振幅受周围气体分子的阻尼，压强高时阻尼强，膜的振幅小，V_o也小，所以调制的V_o值与气体压强P相对应。由于静电力很小，要达到较大的V_o值，就要求振摸厚度小(通常只有3μm左右)和振膜与两侧电极的间距小(通常只有70μm左右)。这就使真空规的制造工艺极为复杂，性能一致性差、成本高。另外，因受振膜的声频特性限制，最高测量压强只能低于0.1～0.2个大气压。

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制造简单、性能一致性好的振膜真空规，它可以具有成本低和测量范围宽等特点。

本发明采用电磁力驱动振膜振动，它由振膜、驱动装置和测量装置组成，其特点是驱动装置和测量装置采用一组共用的磁极和线圈，振膜与线圈采用刚性连接，磁极与振膜的固定架相连接。当线圈通以交变激励电流I_i后，在磁极中产生电磁力，推动振膜振动。通过测量线圈的功率或者在恒定激励电流下测量线圈的电压可以测出压强，压强低时线圈电压高；也可通过测量激励电压与电流的相位差而指示压强值。为了避免测量装置和激励之间的相互影响，驱动装置和测量装置分别由一组磁极和线圈构成，驱动装置与测量装置位于振膜的两侧，振膜与两个线圈采用刚性连接，两个磁极与振膜的固定架连接。当驱动线圈通以交变激励电流I_i后，在驱动磁极中产生电磁力，推动振膜振动。振膜又推动测量线圈切割测量磁极的磁力线从而在测量线圈上产生一个感应电压V_o，感应电压V_o的大小与振膜振幅有关，因此也与压强P有关，通过测量感应电压V_o，根据V_o与P的关系可得出压强P，为了增加气体对振膜的阻尼力，提高规管的压强灵敏度ΔV_o/ΔP，其中ΔV_o和ΔP分别为感应电压V_o和压强P的变化量，同时，为了消除单膜规(不论是静电力，还是电磁力驱动)在高压强测量时因膜的声频模式变化而出现的读数多值现象，振膜可采用多片式结构，一般采取2～3片振膜构成，多片振膜之间采用刚性连接，其间距一般为1～2Cm。

本发明与现有技术相比，具有制作工艺简单、性能一致性好、成本低和测量范围宽等优点。由于电磁驱动力大，可以驱动厚膜振动，且不存在膜的精细装配问题，因而制作工艺容易，有利于提高性能一致性，由于测量线圈送出的信号功率大，可以采用普通的升压器升压后直接测量，因而测量电路简单。本发明可用于测量10^-2帕～1个大气压的压强，如需要还可以拓宽到正压强区的测量，这比现有的静电力驱动的振膜真空规提高一个数量级。

图1为静电力驱动振膜真空规的工作原理示意图；图2为单组磁极和线圈结构的电磁力驱动振膜真空规的工作原理示意图；图3为双组磁极和线圈结构式电磁力驱动振膜真空规的工作原理示意图；图4为双振膜真空规的工作原理示意图；图5为双膜规的高压强区V_o～P的刻度曲线图；图6为双膜规的低压强区V_o～P的刻度曲线图。图5和图6的V_o值均为用升压变压器提升15倍的数值。