真空環(huán)境下電容薄膜規(guī)測量偏差的原因分析

2013-09-12 杜春林北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所

　　在某大型航天器的調(diào)試試驗中，需使用電容薄膜規(guī)(以下簡稱薄膜規(guī))進行密封艙內(nèi)真空度測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)薄膜規(guī)測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了較大的偏差。本文即對這一問題進行原因分析，提出在真空環(huán)境下，薄膜本底偏移量是產(chǎn)生偏差的最重要原因，并有針對性地采取解決措施。

　　電容薄膜真空計作為全壓強計，具有測量結(jié)果與氣體成分無關(guān)、測量精度高、反應(yīng)速度快、測量范圍寬、抗干擾性能強、重復(fù)性好等特點，是一種非常理想的真空計。目前，常用的薄膜規(guī)屬于“絕壓式”，即薄膜的一端為密封的參考真空，另一端接入被測真空系統(tǒng)。

　　對于常規(guī)的真空測量來說，真空規(guī)都是布置在大氣環(huán)境下的，它通過一個密封通道與被測的真空容器連通，達到測量容器真空度的目的。但對于一些特殊需求，需要將真空規(guī)布置在被測真空容器內(nèi)部，進行某一局部位置或區(qū)域的真空度測量，這種做法會對不同真空規(guī)帶來不同的影響，進而影響到測量結(jié)果。本文所分析的問題就是將薄膜規(guī)置于真空環(huán)境下(試驗設(shè)備稱密封艙)所產(chǎn)生的。

1、系統(tǒng)建立

　　試驗中采用的測量系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。每種型號的薄膜規(guī)各用2 支，組成兩組，一組主份一組備份，同一組的兩支薄膜規(guī)安裝位置非常接近，兩組距離較遠。薄膜規(guī)的測量信號先通過密封艙穿艙密封插頭，再通過真空容器穿墻密封插頭引出到容器外，與配套真空計ACM1000 連接。ACM1000 真空計輸出的模擬量信號通過控制系統(tǒng)的PLC 進入測控計算機中。

測量系統(tǒng)原理圖

圖1 測量系統(tǒng)原理圖

　　根據(jù)試驗要求，本套密封艙真空度測量系統(tǒng)的測量范圍為10⁵Pa~10 Pa。通過分析國內(nèi)外的大部分真空測量產(chǎn)品，最后決定采用阿爾卡特公司生產(chǎn)的ASD1001 及ASD1003 兩種薄膜規(guī)進行測量，這兩種規(guī)性能穩(wěn)定且量程互補，滿足試驗要求。其性能技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 所選真空規(guī)的詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)

所選真空規(guī)的詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)

　　選用兩種真空規(guī)共同使用主要是基于如下的考慮：

　　(1)ASD1001 規(guī)的測量下限雖然名義上可以達到10 Pa，但是根據(jù)以往我們使用的經(jīng)驗，薄膜規(guī)的測量讀數(shù)在接近10 Pa 極限時存在較大的誤差。

　　(2) ASD1003 規(guī)的量程范圍10^-1 Pa~10³ Pa，比較窄，但10 Pa 恰好為其量程的中間部分，在該真空度段其測量的準(zhǔn)確度較高。

　　(3) 兩種規(guī)使用方法如下：在真空度10⁵Pa~10³ Pa 范圍內(nèi)，利用ASD1001 規(guī)測量，在真空度10³ Pa~10 Pa 范圍內(nèi)，利用ASD1003 規(guī)來測量。

5、結(jié)論

　　本文嘗試著對薄膜規(guī)在真空環(huán)境下使用時出現(xiàn)測量偏差的原因進行了分析，并提出了解決方法，雖然已驗證了該方法的有效性，但要想將該方法廣泛應(yīng)用于同類型真空規(guī)滿足某種特殊需求還存在一些局限性，如：使用密閉容器后，測量組件體積遠大于真空規(guī)，安裝位置受限;由于測量組件處于真空環(huán)境中互換性很差，增加備份會增加成本，單機測量如出現(xiàn)故障就會造成單點失效，只能停機處理。因此，本文涉及的常規(guī)產(chǎn)品性能擴展只是其中的一個方向，繼續(xù)開展特殊環(huán)境、特殊需求的真空度測量工作是很有必要的。