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不同测量范围的加热电流也有差异。因此,在使用热偶计时,应按不同的量程确定规管的加热电流。①10~10-1Pa量程:规管须垂直倒置,在真空度优于10-2Pa时调定加热电流(此时热电势为10mV,即满刻度),其加热电流可调节范围为95~150mA。②102~10Pa量程:规管须垂直倒置,在0.1MPa时调定加热电流,其加热电流可调节范围为175~300mA或以上。



热偶计规管的结构较电阻式规管复杂一些,但p-E校准曲线受外界温度的影响较小。 MEMS传感器具有小型化、低成本、、易与CMOS集成电路兼容等特点。在不同类型的MEMS传感器中, 很普遍、应用 很广泛的是压阻式和电容式传感器。与压阻式传感器相比,电容式传感器具有灵敏度高、温度系数低、功耗低等优点。



MEMS电容薄膜真空计作为MEMS电容式传感器的一种,能够满足深空探测、空气动力学研究、临近空间探索等领域对真空测量仪器测量准确度高、体积小、质量轻、功耗低的应用需求,具有广泛的应用前景。MEMS电容薄膜真空计包含真空规管和测量电路两个部分。其中,真空规管将真空度转化成电容量,测量电路对电容量进行处理得到真空度的值。MEMS电容薄膜真空规管初始电容量的范围为几到几十皮法,其电容变化量为几飞法甚至更小。

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inficon电容薄膜真空计作为inficon电容式传感器的一种,能够满足深空探测、空气动力学研究、临近空间探索等领域对真空测量仪器测量准确度高、体积小、质量轻、功耗低的应用需求,具有广泛的应用前景。inficon电容薄膜真空计包含真空规管和测量电路两个部分。其中,真空规管将真空度转化成电容量,测量电路对电容量进行处理得到真空度的值。



inficon电容薄膜真空规管初始电容量的范围为几到几十皮法,其电容变化量为几飞法甚至更小。inficon电容薄膜真空规管的敏感电容具有不同结构,包括单侧电极结构、双侧电极结构以及静电力平衡结构,不同结构的敏感电容其电容变化量不同。另外,inficon电容薄膜真空计要求测量电路功耗低、易集成,考虑到寄生电容和电磁干扰及温度的影响,准确测量inficon电容薄膜真空规管的微小电容是一个难题。



针对不同结构的敏感电容,提出了多种微小电容测量方法。1.单侧电极微小电容测量敏感电容为单侧电极的inficon电容薄膜真空规管结构简单,在inficon制造及封装工艺下易于实现。如图1所示,感压薄膜上的电极与硅基底上的电极组成了一个随真空度变化而变化的敏感电容。由于只存在单一的敏感电容,测量电路中往往需要引入一电容值与敏感电容初值相等的固值参考电容。

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电路主要由开关电容电荷放大器和一阶Σ-Δ调制器组成,利用0.25umCMOS技术制作成集成芯片,芯片有效面积约为2平方毫米,供电电压2.5V,功耗约为6mW。电路的灵敏度可以达到2.5V/pF,分辨率可达到4aF。为满足不同应用的需求,PérezSanjurjo等设计了一种适用于inficon电容式传感器的电容-数字信号转换电路。



可编程放大器提供了多个增益,使得电路可以根据信号的输入强度及要求来选择合适增益。可调方波时钟发生器为传感器提供激励信号,同时为解调器提供时钟信号,这种可调性可以抑制传感器的结构变化以及封装给电路的影响。另外,该电路中采用了片上电容阵列,可以抵消差动结构电容的失配导致的不平衡。



差动式可调谐微电容测量电路原理图电路集成芯片采用0.13umCMOS技术制造,供电电压为1.8V,能耗约为10mW。测试结果表明,电路能够测量inficon电容式传感器中的飞法级别的电容变化,灵敏度可达到0.3mV/fF,通过调节相关参数,灵敏度可达到1mV/fF。Awmini等设计了一种开关电容电路来测量具有差动敏感电容结构的inficon设备的微小电容变化。


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