真空環境下電容薄膜規測量偏差的原因分析

2013-09-12 杜春林北京衛星環境工程研究所

　　在某大型航天器的調試試驗中，需使用電容薄膜規(以下簡稱薄膜規)進行密封艙內真空度測量，結果發現薄膜規測量數據出現了較大的偏差。本文即對這一問題進行原因分析，提出在真空環境下，薄膜本底偏移量是產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，具有測量結果與氣體成分無關、測量精度高、反應速度快、測量范圍寬、抗干擾性能強、重復性好等特點，是一種非常理想的真空計。目前，常用的薄膜規屬于“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。

　　對于常規的真空測量來說，真空規都是布置在大氣環境下的，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，需要將真空規布置在被測真空容器內部，進行某一局部位置或區域的真空度測量，這種做法會對不同真空規帶來不同的影響，進而影響到測量結果。本文所分析的問題就是將薄膜規置于真空環境下(試驗設備稱密封艙)所產生的。

1、系統建立

　　試驗中采用的測量系統原理圖如圖1 所示。每種型號的薄膜規各用2 支，組成兩組，一組主份一組備份，同一組的兩支薄膜規安裝位置非常接近，兩組距離較遠。薄膜規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的PLC 進入測控計算機中。

測量系統原理圖

圖1 測量系統原理圖

　　根據試驗要求，本套密封艙真空度測量系統的測量范圍為10⁵Pa~10 Pa。通過分析國內外的大部分真空測量產品，最后決定采用阿爾卡特公司生產的ASD1001 及ASD1003 兩種薄膜規進行測量，這兩種規性能穩定且量程互補，滿足試驗要求。其性能技術指標見表1。

表1 所選真空規的詳細技術指標

所選真空規的詳細技術指標

　　選用兩種真空規共同使用主要是基于如下的考慮：

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

　　(2) ASD1003 規的量程范圍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確度較高。

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

5、結論

　　本文嘗試著對薄膜規在真空環境下使用時出現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用于同類型真空規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，安裝位置受限;由于測量組件處于真空環境中互換性很差，增加備份會增加成本，單機測量如出現故障就會造成單點失效，只能停機處理。因此，本文涉及的常規產品性能擴展只是其中的一個方向，繼續開展特殊環境、特殊需求的真空度測量工作是很有必要的。