美國MKS真空計Baratron 電容壓力計 - Baratron 基礎知識
“Baratron® 基礎”
介紹
Baratron® 電容壓力計通常是獨立傳感器，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。
Baratron 電容壓力計測量真實壓力（定義為力/單位面積）。這意味著測量對被測量的氣體類型不敏感。其他壓力計，如皮拉尼、熱電偶和離子計，不測量真實壓力，因此它們的讀數(shù)將對氣體類型敏感。
美國MKS真空計傳感器膠囊
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，遠低于要測量的壓力。參考側(cè)的高真空通過內(nèi)部化學吸氣泵在壓力計的整個生命周期內(nèi)保持。傳感器由 Inconel 全焊接結(jié)構(gòu)制成，堅固耐用且與過程環(huán)境兼容。
壓力是通過測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、出色的可重復性、極高的分辨率（滿量程的 1x10 -5）、快速響應以及測量極低壓力的能力。
如果對壓力計施加高過壓，隔膜將在電極基板上觸底，從而防止對傳感器造成永久性損壞。大多數(shù) MKS Baratron 電容壓力計的超壓額定值為 45 psia 或滿量程范圍的 2 倍，以較大者為準。大于允許額定值的壓力會導致內(nèi)部機械故障或零位發(fā)生顯著變化。
美國MKS真空計電子產(chǎn)品
電子設備位于傳感器附近。信號調(diào)理電路非常穩(wěn)定并產(chǎn)生高電平輸出。電子設備由驅(qū)動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?？缍群途€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準進行比較的校準時，才應由訓練有素的操作員進行調(diào)整。
美國MKS真空計歸零
Baratron 電容壓力計是精密機電設備。與所有此類嚴格公差的設備一樣，溫度和其他環(huán)境因素也會對性能產(chǎn)生影響。在電容壓力計的情況下，零壓力下的電氣輸出會因運輸和搬運而發(fā)生變化。出于這個原因，所有電容壓力計都需要在安裝時調(diào)零，并且應定期監(jiān)測調(diào)零。
在調(diào)零之前，確保您的 Baratron 電容壓力計已經(jīng)預熱了所需的時間。
足夠的熱身時間？
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個小時
溫度調(diào)節(jié)，低于 1 托： 8小時
注意：時間是最壞的情況，可能會因型號而異
調(diào)零只需要在入口 (Px) 側(cè)施加足夠低的壓力，然后相應地調(diào)整電子設備以實現(xiàn)零伏輸出。當入口壓力低于儀器的分辨率時，就會出現(xiàn)這種情況。對于每個壓力計范圍，用于歸零的最大壓力將不同。當然，任何低于最大值的壓力都是可以接受的。由于重力會影響隔膜的位置，因此必須在使用 Baratron 電容壓力計的相同方向上進行調(diào)零。跨度和線性度對位置不敏感。
零位、跨度和線性調(diào)整
當電容式壓力計的電子設備經(jīng)過適當調(diào)整時，壓力輸入和電壓輸出之間將直接對應（見下圖）。
?如果調(diào)零錯誤，則會在儀器的整個范圍內(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有的范圍。
?如果線性度失調(diào)，端點（零和滿量程）可能是正確的，但中間讀數(shù)可能是錯誤的。
跨度和線性度經(jīng)過工廠調(diào)整，長期穩(wěn)定。除非有合適的校準設備和訓練有素的操作員，否則不應觸及這些調(diào)整。應在安裝時進行調(diào)零，并應定期檢查。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MKS真空計縮放
典型的電容壓力計的信號調(diào)理電子設備將提供從 0 到 10 伏不等的輸出，輸出電壓和壓力之間具有線性關系。如下圖所示，電容式壓力計是用它們的滿量程壓力來描述的，也就是10伏對應的壓力。
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 滿量程壓力計的分辨率為 0.01 Torr，對應于 0.1 mV 的輸出。
在 Baratron 電容壓力計的滿量程額定值及其分辨率之間，我們定義了兩個壓力范圍，壓力計將在這兩個壓力范圍內(nèi)提供有用的（準確和可重復的）輸出：
?使用壓力計進行測量的讀數(shù)范圍通常為 3.5 到 4 個十進制數(shù)（取決于型號）（見圖表）
?當壓力計用于壓力控制系統(tǒng)時，控制范圍通常為 2.5 個十進制數(shù)（取決于型號），控制系統(tǒng)的最小電流為 50 mV。這個較窄的范圍有助于確保免受系統(tǒng)噪聲的影響。
美國MKS真空計精度術語
MKS 電容壓力計技術將精度表示為讀數(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備一樣）。例如，622A 型儀器的指定精度為讀數(shù)的 0.25%。對于 100 Torr 滿量程壓力計，這意味著誤差在 100 Torr 時可能高達 0.25 Torr，在 10 Torr 時可能低至 0.025 Torr，等等。換句話說，誤差的絕對值在整個測量范圍內(nèi)下降。因此，讀數(shù)精度百分比可確保您的測量在滿量程的 10% 時與在滿量程的 100% 時一樣精確。
對于具有 0.25% 滿量程精度的競爭 100 Torr 儀器，在任何讀數(shù)壓力下誤差將高達 0.25 Torr。在這種情況下，測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)與滿量程的關系如下圖所示。綠線表示讀數(shù)百分比的不準確度，而滿量程儀器百分比的額外不準確度以粉紅色表示。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備的百分比更準確的輸出信號。
溫度調(diào)節(jié)和高溫 Baratrons
環(huán)境溫度的變化會導致零變化，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 電容壓力計來最小化。通過在傳感器中加入一個調(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（100、125、150 和 200°C）可用于還希望最大限度地減少壓力計中可冷凝副產(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連續(xù)移動的零位。最終，將積累足夠的材料，將不再可能將儀器歸零。
美國MKS真空計安裝
做：
?與系統(tǒng)建立適當?shù)恼婵者B接。如果使用 VCR 接頭，請使用新墊圈，用手擰緊，然后使用扳手按照制造商的建議擰緊。不要過度擰緊。
?留出足夠的預熱時間。
不：
?扭曲單元（扭曲可能導致內(nèi)部損壞，從而導致性能問題）。
?撞擊或掉落設備。
?對跨度或線性電位器進行任何調(diào)整，因為這會改變校準。
?在校準方向以外的任何方向安裝低全量程單元（0.1 Torr 及以下）。
歸零程序準備
留出足夠的預熱時間，注意對非溫度調(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，請在預熱前安裝連接器。
在實際進行調(diào)零時（下圖），確保壓力計處于真空狀態(tài)且壓力等于或低于最大調(diào)零壓力。
適當?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)以捕獲每個單元的長期性能是一個好主意。
使用連接到電源/顯示單元的 Baratron 電容壓力計進行調(diào)零
Baratron 電容壓力計可以使用顯示單元上的調(diào)零電位器（首選）或使用壓力計上的調(diào)零電位器進行調(diào)零。如果使用壓力計上的零電位器，請將顯示屏上的零電位器設置在中間位置。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 電容壓力計有一個粗調(diào)零開關，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)開關調(diào)節(jié)到產(chǎn)生最接近零伏的輸出信號的位置。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
使用壓力計上的調(diào)零罐按照與上述相同的程序進行操作。信號電壓將使用連接到分線連接器引腳 2 和 12 的數(shù)字電壓表測量，而不是從顯示單元測量。
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別負電壓。為確保零沒有負偏移，請將零調(diào)整為約 2 mV 正值。
定期檢查以確保零設置保持略微正值。有關其他安裝詳細信息，請參閱產(chǎn)品手冊。
一般故障排除指南
Baratron 電容壓力計的不當操作通?？梢宰匪莸揭韵乱蛩兀?/span>
?輸出壓力信號漂移或調(diào)零表明預熱時間不足。
?壓力測量的不可重復性表明調(diào)零不當。
?沒有輸出壓力信號或輸出不穩(wěn)定表明電源電壓不存在或有噪聲。
檢查您的安裝
?您的 Baratron 電容壓力計是否顯示物理損壞跡象？
?Baratron 電容壓力計是否在物理和電氣上正確連接？
?你有足夠的熱身時間嗎？
如果預熱時間不夠長，Baratron 電容壓力計的內(nèi)部組件將無法達到熱平衡，讀數(shù)會漂移。
?Baratron 電容壓力計是否已正確歸零？
如果不是，壓力指示將顯示偏移。
?您是否知道對跨度或線性度調(diào)整有任何篡改？
如果是這樣，儀器的校準將關閉。致電您當?shù)氐?MKS 服務中心。
如果以上都不是問題，一系列簡單的電氣檢查通常會找出問題所在。
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 設置為測量直流電壓，檢查電源連接（通常為 ±15 伏）。
2.將 DVM 設置為測量交流電壓時，確保正負電源連接上的交流噪聲小于 50 mV RMS。
3.將 DVM 設置為測量直流電壓，檢查公共和接地引腳之間的接地回路或雜散電壓。任何對之間都不應存在電壓。
4.將 DVM 設置為測量直流電壓時，輸出引腳的測量值應在 0 到 10 VDC 之間，與壓力成正比，并取決于壓力計的滿量程壓力額定值。例如，一個 1 托的滿量程壓力計每 100 毫托的壓力變化就會產(chǎn)生 1 伏的變化。
5.檢查以確保在設備引腳處測量的壓力與控制器屏幕上顯示的壓力相對應。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，輸出信號引腳的讀數(shù)應為 0.000 伏。如果不是，請按照調(diào)零程序中的說明調(diào)整調(diào)零電位器。
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