目前在用電容薄膜真空計存在體積大、重量重等問題，無法滿足深空探測中真空測量需求，因此設計了一種具有外形尺寸小、重量輕、工作溫度范圍寬等特點的小型電容薄膜真空計。在已經建立的金屬膨脹式真空標準裝置上對小型電容薄膜真空計的線性、穩定性、重復性等各項性能進行了反復的實驗研究。實驗結果表明，小型電容薄膜真空計具有良好的線性，重復性和穩定性的計算結果均能滿足火星探測要求。

0、引言

　　開展深空探測活動，是航天技術發展的必然選擇，也是人類進一步了解宇宙、認識太陽系、探索地球與生命的起源和演化、獲取更多科學認識的必須手段。對我國來說，月球探測是深空探測的第一步，而火星探測是行星際探測的開端，有著承上啟下的重要作用。

　　為確保火星在軌探測器的安全運行，必須對火星空間大氣阻力進行充分的研究，從而更準確地做出軌道衰減率和探測器壽命預測，其關鍵就在于對火星空間環境真空度的準確測量，一般采用探測器攜帶真空計的方式進行直接測量。在火星探測活動中，探測器攜帶了大量的載荷儀器，要完成多項科研探測任務，必須考慮探測器及其搭載的載荷儀器的小型化。但是，目前使用的真空計存在體積大、重量重等問題，無法滿足火星探測活動中的真空測量需求。

　　電容薄膜真空計的小型化會使儀器本身的線性、重復性和穩定性等受到影響，保證測量準確度與深空探測要求的載荷小型化之間存在矛盾。為了解決這個問題，在理論計算、模擬仿真等研究的基礎上，研制出了小型電容薄膜真空計。它具有外形尺寸小、重量輕、工作溫度范圍寬等特點，可以覆蓋火星低軌道大氣壓力的測量范圍，能夠滿足火星探測對載荷的基本要求。

　　為了保證小型電容薄膜真空計測量結果的可靠性，對小型電容薄膜真空計的線性、穩定性、重復性等計量性能進行了實驗研究，給出了實驗結果。

1、小型電容薄膜真空計

　　小型電容薄膜真空計規管由進氣管及其入口擋片、檢測膜片基底、檢測膜片、固定極板、參考氣室機架、引出電極、抽氣口等部分組成，如圖1所示。

圖1 小型電容薄膜真空計結構示意圖

1.引出電極；2.防熱變形結構；3.抽氣口；4.封接材料；5.固定極板；6.檢測膜片；7.檢測膜片基底；8.進氣管

　　小型電容薄膜真空計的工作原理是:氣體通過進氣管引入到測量室中，由于氣體壓力作用使檢測膜片發生形變，改變了檢測膜片與固定極板上感應電極之間的距離，引起二者之間電容量的改變。利用電學方法測出電容量，通過校準得到電容量與氣體壓力之間的關系，獲得氣體壓力大小。

　　經過初步測試，小型電容薄膜真空規外形尺寸為椎60mm×100mm，重量為150g，工作溫度范圍為-20~+50℃，測量范圍為1.0×10^-2~1.3×10²Pa，可以滿足火星低軌道大氣壓力的探測要求。

2、實驗裝置

　　采用金屬膨脹式真空標準裝置作為實驗裝置，裝置由壓力產生系統、氣體壓力衰減系統和抽氣系統三部分組成，如圖2所示。該裝置可通過石英規直接比對法、一級靜態膨脹法、二級靜態膨脹法和三級靜態膨脹法，產生10^-4~10⁵Pa的氣體壓力，裝置的不確定度為0.01%~1%，能夠滿足實驗要求。實驗前，將小型電容薄膜真空計規管通過轉接接頭連接到金屬膨脹式真空標準裝置校準室VR上。打開抽氣系統，對校準室、一級膨脹室、二級膨脹室、石英規參考端以及管道等抽真空。觀察連接在校準室VR上的電離真空計的示值讀數，當電離真空計的示值小于1×10^-4 Pa時，關閉抽氣閥門。

圖2 金屬膨脹式真空標準裝置原理示意圖

1.供氣穩壓瓶；2.可變體積；3.測試口穩壓瓶；4.石英規；5.機械泵1；6.校準室VL；7.一級膨脹室V1b；8.級膨脹室V1s；9.二級膨脹室V2b；10.二級膨脹室V2s；11.校準室VR；12.電離真空計；13.小型電容薄膜真空計；14.分子泵2；15.分子泵1；16.機械泵2

　　實驗過程中，可以根據不同的實驗要求和目的，將104Pa量級的前級氣體壓力，通過不同的衰減路徑引入到校準室內，形成標準壓力，對小型電容薄膜真空計的性能進行研究。

4、結論

　　為了確保小型電容薄膜真空計測量結果的可靠性及其在火星探測中的應用，對小型電容薄膜真空計的線性、穩定性、重復性等各項性能進行了反復的大量的實驗研究。實驗結果表明，研制的小型電容薄膜真空計具有較好的線性、重復性和穩定性，能夠滿足火星探測的要求。