美國(guó)MKS真空計(jì)Baratron 電容壓力計(jì) - Baratron 基礎(chǔ)知識(shí)
“Baratron® 基礎(chǔ)”
介紹
Baratron® 電容壓力計(jì)通常是獨(dú)立傳感器，通常需要 ±15 伏電源，并提供與壓力成正比的 0-10 伏壓力信號(hào)。
Baratron 電容壓力計(jì)測(cè)量真實(shí)壓力（定義為力/單位面積）。這意味著測(cè)量對(duì)被測(cè)量的氣體類型不敏感。其他壓力計(jì)，如皮拉尼、熱電偶和離子計(jì)，不測(cè)量真實(shí)壓力，因此它們的讀數(shù)將對(duì)氣體類型敏感。
美國(guó)MKS真空計(jì)傳感器膠囊
傳感器膠囊包含隔膜和金屬陶瓷電極結(jié)構(gòu)。膜片的參考側(cè)（背面）被抽真空到非常高的真空，遠(yuǎn)低于要測(cè)量的壓力。參考側(cè)的高真空通過內(nèi)部化學(xué)吸氣泵在壓力計(jì)的整個(gè)生命周期內(nèi)保持。傳感器由 Inconel 全焊接結(jié)構(gòu)制成，堅(jiān)固耐用且與過程環(huán)境兼容。
壓力是通過測(cè)量金屬膜片和相鄰的固定雙電極之間的電容變化來確定的。徑向張緊的膜片具有極低的滯后、出色的可重復(fù)性、極高的分辨率（滿量程的 1x10 -5）、快速響應(yīng)以及測(cè)量極低壓力的能力。
如果對(duì)壓力計(jì)施加高過壓，隔膜將在電極基板上觸底，從而防止對(duì)傳感器造成永久性損壞。大多數(shù) MKS Baratron 電容壓力計(jì)的超壓額定值為 45 psia 或滿量程范圍的 2 倍，以較大者為準(zhǔn)。大于允許額定值的壓力會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部機(jī)械故障或零位發(fā)生顯著變化。
美國(guó)MKS真空計(jì)電子產(chǎn)品
電子設(shè)備位于傳感器附近。信號(hào)調(diào)理電路非常穩(wěn)定并產(chǎn)生高電平輸出。電子設(shè)備由驅(qū)動(dòng)橋式電路的精密正弦波振蕩器組成。傳感器電極電容的不平衡產(chǎn)生由緩沖器放大的差分輸出。輸出的偏移、增益和線性度由零位、跨度和線性電位器調(diào)節(jié)。
為調(diào)零、跨度和線性度提供調(diào)整電位器。跨度和線性度電位器已被覆蓋，只有在執(zhí)行可以將傳感器與參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較的校準(zhǔn)時(shí)，才應(yīng)由訓(xùn)練有素的操作員進(jìn)行調(diào)整。
美國(guó)MKS真空計(jì)歸零
Baratron 電容壓力計(jì)是精密機(jī)電設(shè)備。與所有此類嚴(yán)格公差的設(shè)備一樣，溫度和其他環(huán)境因素也會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響。在電容壓力計(jì)的情況下，零壓力下的電氣輸出會(huì)因運(yùn)輸和搬運(yùn)而發(fā)生變化。出于這個(gè)原因，所有電容壓力計(jì)都需要在安裝時(shí)調(diào)零，并且應(yīng)定期監(jiān)測(cè)調(diào)零。
在調(diào)零之前，確保您的 Baratron 電容壓力計(jì)已經(jīng)預(yù)熱了所需的時(shí)間。
足夠的熱身時(shí)間？
非溫度調(diào)節(jié)，所有范圍： 15分鐘
溫度調(diào)節(jié)，1 托及以上： 4個(gè)小時(shí)
溫度調(diào)節(jié)，低于 1 托： 8小時(shí)
注意：時(shí)間是最壞的情況，可能會(huì)因型號(hào)而異
調(diào)零只需要在入口 (Px) 側(cè)施加足夠低的壓力，然后相應(yīng)地調(diào)整電子設(shè)備以實(shí)現(xiàn)零伏輸出。當(dāng)入口壓力低于儀器的分辨率時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。對(duì)于每個(gè)壓力計(jì)范圍，用于歸零的最大壓力將不同。當(dāng)然，任何低于最大值的壓力都是可以接受的。由于重力會(huì)影響隔膜的位置，因此必須在使用 Baratron 電容壓力計(jì)的相同方向上進(jìn)行調(diào)零?？缍群途€性度對(duì)位置不敏感。
零位、跨度和線性調(diào)整
當(dāng)電容式壓力計(jì)的電子設(shè)備經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整時(shí)，壓力輸入和電壓輸出之間將直接對(duì)應(yīng)（見下圖）。
?如果調(diào)零錯(cuò)誤，則會(huì)在儀器的整個(gè)范圍內(nèi)產(chǎn)生偏移。
?如果跨度超出調(diào)整范圍，則整體范圍將大于或小于應(yīng)有的范圍。
?如果線性度失調(diào)，端點(diǎn)（零和滿量程）可能是正確的，但中間讀數(shù)可能是錯(cuò)誤的。
跨度和線性度經(jīng)過工廠調(diào)整，長(zhǎng)期穩(wěn)定。除非有合適的校準(zhǔn)設(shè)備和訓(xùn)練有素的操作員，否則不應(yīng)觸及這些調(diào)整。應(yīng)在安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)零，并應(yīng)定期檢查。頻率主要取決于環(huán)境條件，例如環(huán)境溫度的變化或儀器的物理方向。
美國(guó)MKS真空計(jì)縮放
典型的電容壓力計(jì)的信號(hào)調(diào)理電子設(shè)備將提供從 0 到 10 伏不等的輸出，輸出電壓和壓力之間具有線性關(guān)系。如下圖所示，電容式壓力計(jì)是用它們的滿量程壓力來描述的，也就是10伏對(duì)應(yīng)的壓力。
1000 托滿量程 1 托滿量程
10 伏 1000噸 10 伏 1噸
1伏 100噸 1伏 0.1噸
0.1V 10噸 0.1V 0.01噸
由此可見，在顯著低于滿量程壓力的壓力下，輸出電壓將降至非常低的值。因此，分辨率限制通常為 100,000 分之一。因此，1000 Torr 滿量程壓力計(jì)的分辨率為 0.01 Torr，對(duì)應(yīng)于 0.1 mV 的輸出。
在 Baratron 電容壓力計(jì)的滿量程額定值及其分辨率之間，我們定義了兩個(gè)壓力范圍，壓力計(jì)將在這兩個(gè)壓力范圍內(nèi)提供有用的（準(zhǔn)確和可重復(fù)的）輸出：
?使用壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量的讀數(shù)范圍通常為 3.5 到 4 個(gè)十進(jìn)制數(shù)（取決于型號(hào)）（見圖表）
?當(dāng)壓力計(jì)用于壓力控制系統(tǒng)時(shí)，控制范圍通常為 2.5 個(gè)十進(jìn)制數(shù)（取決于型號(hào)），控制系統(tǒng)的最小電流為 50 mV。這個(gè)較窄的范圍有助于確保免受系統(tǒng)噪聲的影響。
美國(guó)MKS真空計(jì)精度術(shù)語
MKS 電容壓力計(jì)技術(shù)將精度表示為讀數(shù)的百分比，而不是滿量程（與其他制造商的一些性能較低的設(shè)備一樣）。例如，622A 型儀器的指定精度為讀數(shù)的 0.25%。對(duì)于 100 Torr 滿量程壓力計(jì)，這意味著誤差在 100 Torr 時(shí)可能高達(dá) 0.25 Torr，在 10 Torr 時(shí)可能低至 0.025 Torr，等等。換句話說，誤差的絕對(duì)值在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)下降。因此，讀數(shù)精度百分比可確保您的測(cè)量在滿量程的 10% 時(shí)與在滿量程的 100% 時(shí)一樣精確。
對(duì)于具有 0.25% 滿量程精度的競(jìng)爭(zhēng) 100 Torr 儀器，在任何讀數(shù)壓力下誤差將高達(dá) 0.25 Torr。在這種情況下，測(cè)量范圍低端的誤差增加了讀數(shù)的百分比不確定性。誤差百分比讀數(shù)與滿量程的關(guān)系如下圖所示。綠線表示讀數(shù)百分比的不準(zhǔn)確度，而滿量程儀器百分比的額外不準(zhǔn)確度以粉紅色表示。精度定義為讀數(shù)的百分比在壓力范圍的較低范圍內(nèi)為您提供比滿量程設(shè)備的百分比更準(zhǔn)確的輸出信號(hào)。
溫度調(diào)節(jié)和高溫 Baratrons
環(huán)境溫度的變化會(huì)導(dǎo)致零變化，這在儀器量程的下端最為明顯。這種影響可以通過使用溫度調(diào)節(jié)的 Baratron 電容壓力計(jì)來最小化。通過在傳感器中加入一個(gè)調(diào)節(jié)良好的烘箱（通常為 45°C），可以顯著提高穩(wěn)定性。
更高溫度的 Baratron 電容壓力計(jì)（100、125、150 和 200°C）可用于還希望最大限度地減少壓力計(jì)中可冷凝副產(chǎn)物積累的情況。這種副產(chǎn)品是由一些蝕刻和 CVD 工藝產(chǎn)生的。聚集在隔膜上的可冷凝物的影響是一個(gè)連續(xù)移動(dòng)的零位。最終，將積累足夠的材料，將不再可能將儀器歸零。
美國(guó)MKS真空計(jì)安裝
做：
?與系統(tǒng)建立適當(dāng)?shù)恼婵者B接。如果使用 VCR 接頭，請(qǐng)使用新墊圈，用手?jǐn)Q緊，然后使用扳手按照制造商的建議擰緊。不要過度擰緊。
?留出足夠的預(yù)熱時(shí)間。
不：
?扭曲單元（扭曲可能導(dǎo)致內(nèi)部損壞，從而導(dǎo)致性能問題）。
?撞擊或掉落設(shè)備。
?對(duì)跨度或線性電位器進(jìn)行任何調(diào)整，因?yàn)檫@會(huì)改變校準(zhǔn)。
?在校準(zhǔn)方向以外的任何方向安裝低全量程單元（0.1 Torr 及以下）。
歸零程序準(zhǔn)備
留出足夠的預(yù)熱時(shí)間，注意對(duì)非溫度調(diào)節(jié)、加熱和低量程傳感器的不同要求。如果使用分線連接器，請(qǐng)?jiān)陬A(yù)熱前安裝連接器。
在實(shí)際進(jìn)行調(diào)零時(shí)（下圖），確保壓力計(jì)處于真空狀態(tài)且壓力等于或低于最大調(diào)零壓力。
適當(dāng)?shù)臍w零壓力？
0.1 托 <1 x 10 -6托
1.0 托 <1 x 10 -5托
10.0 托 <1 x 10 -4托
100.0 托 <1 x 10 -3托
1000.0 托 <1 x 10 -2托
MKS Baratron 電容壓力計(jì)可以使用電源/顯示單元、數(shù)字電壓表和斷路連接器或從過程工具的控制器歸零。
記錄零數(shù)據(jù)以捕獲每個(gè)單元的長(zhǎng)期性能是一個(gè)好主意。
使用連接到電源/顯示單元的 Baratron 電容壓力計(jì)進(jìn)行調(diào)零
Baratron 電容壓力計(jì)可以使用顯示單元上的調(diào)零電位器（首選）或使用壓力計(jì)上的調(diào)零電位器進(jìn)行調(diào)零。如果使用壓力計(jì)上的零電位器，請(qǐng)將顯示屏上的零電位器設(shè)置在中間位置。用小螺絲刀調(diào)整調(diào)零電位器，直到顯示讀數(shù)為 0.000 伏。
600 系列 Baratron 電容壓力計(jì)有一個(gè)粗調(diào)零開關(guān)，位于儀器側(cè)面。如果零電位器的調(diào)節(jié)范圍不足，將電位器轉(zhuǎn)到中間位置，并將粗調(diào)開關(guān)調(diào)節(jié)到產(chǎn)生最接近零伏的輸出信號(hào)的位置。然后調(diào)整裝置頂部的調(diào)零電位器，直到電壓正好為零伏。
使用分接連接器調(diào)零
使用壓力計(jì)上的調(diào)零罐按照與上述相同的程序進(jìn)行操作。信號(hào)電壓將使用連接到分線連接器引腳 2 和 12 的數(shù)字電壓表測(cè)量，而不是從顯示單元測(cè)量。
從過程工具的控制器歸零
該過程與從電源/顯示單元調(diào)零基本相同。但是，大多數(shù)工具的控制器無法識(shí)別負(fù)電壓。為確保零沒有負(fù)偏移，請(qǐng)將零調(diào)整為約 2 mV 正值。
定期檢查以確保零設(shè)置保持略微正值。有關(guān)其他安裝詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱產(chǎn)品手冊(cè)。
一般故障排除指南
Baratron 電容壓力計(jì)的不當(dāng)操作通常可以追溯到以下因素：
?輸出壓力信號(hào)漂移或調(diào)零表明預(yù)熱時(shí)間不足。
?壓力測(cè)量的不可重復(fù)性表明調(diào)零不當(dāng)。
?沒有輸出壓力信號(hào)或輸出不穩(wěn)定表明電源電壓不存在或有噪聲。
檢查您的安裝
?您的 Baratron 電容壓力計(jì)是否顯示物理損壞跡象？
?Baratron 電容壓力計(jì)是否在物理和電氣上正確連接？
?你有足夠的熱身時(shí)間嗎？
如果預(yù)熱時(shí)間不夠長(zhǎng)，Baratron 電容壓力計(jì)的內(nèi)部組件將無法達(dá)到熱平衡，讀數(shù)會(huì)漂移。
?Baratron 電容壓力計(jì)是否已正確歸零？
如果不是，壓力指示將顯示偏移。
?您是否知道對(duì)跨度或線性度調(diào)整有任何篡改？
如果是這樣，儀器的校準(zhǔn)將關(guān)閉。致電您當(dāng)?shù)氐?MKS 服務(wù)中心。
如果以上都不是問題，一系列簡(jiǎn)單的電氣檢查通常會(huì)找出問題所在。
電氣故障排除
如圖所示安裝分線連接器。
使用至少 4.5 位數(shù)字電壓表 (DVM)。
1.將 DVM 設(shè)置為測(cè)量直流電壓，檢查電源連接（通常為 ±15 伏）。
2.將 DVM 設(shè)置為測(cè)量交流電壓時(shí)，確保正負(fù)電源連接上的交流噪聲小于 50 mV RMS。
3.將 DVM 設(shè)置為測(cè)量直流電壓，檢查公共和接地引腳之間的接地回路或雜散電壓。任何對(duì)之間都不應(yīng)存在電壓。
4.將 DVM 設(shè)置為測(cè)量直流電壓時(shí)，輸出引腳的測(cè)量值應(yīng)在 0 到 10 VDC 之間，與壓力成正比，并取決于壓力計(jì)的滿量程壓力額定值。例如，一個(gè) 1 托的滿量程壓力計(jì)每 100 毫托的壓力變化就會(huì)產(chǎn)生 1 伏的變化。
5.檢查以確保在設(shè)備引腳處測(cè)量的壓力與控制器屏幕上顯示的壓力相對(duì)應(yīng)。如果不是，則壓力到電壓 (A/D) 轉(zhuǎn)換存在問題。檢查 A/D 校準(zhǔn)并確保使用正確的量程傳感器。
6.在或低于最大調(diào)零壓力時(shí)，輸出信號(hào)引腳的讀數(shù)應(yīng)為 0.000 伏。如果不是，請(qǐng)按照調(diào)零程序中的說明調(diào)整調(diào)零電位器。
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