簡介
實驗發現,在一定的條件下,與石英晶振串接的電阻R上的電壓UBC與氣體壓強P有一定的函式關係。這個電壓UBC經過放大、檢波與調節後的讀數V與氣體壓強P的關係V-P曲線稱特性曲線。實驗證明該曲線具有很好的穩定性和重複性。用該曲線可以測量氣體壓強。
石英真空計又名DL-10A型石英真空計，測量範圍為10-1-105Pa。石英真空計的特點是感測器的體積小，這樣該真空計除與其它真空計一樣測量氣體壓強外，它能測量小體積，例如25px3大小的密封器件的氣體壓強，並能檢測真空的保持狀態。
1．研發初衷
上世紀50年代，D.J.Pacey研究用石英晶振測量氣體壓強[1]，80年代M.Ono等人研製了測量範圍為0.001-1000Torr的石英真空計[2]，國內在90年代也有人研製了石英真空計[3]，目前已有石英真空計產品[4][5][6]。石英晶振在振盪時，其諧振頻率或諧振阻抗與壓強有關，該特性均可以用來測量氣體壓強。作為工作用真空計，用諧振阻抗與氣體壓強有關的性能作真空計是比較適合的，本文所述DL-10A型石英真空計就是指這種真空計。石英真空計的性能決定於石英晶振的結構和幾何尺寸。M.ono研究了音叉結構晶振的幾何尺寸對真空計性能的影響。
2．工作原理
晶振在諧振時，電學阻抗與氣體壓強有關。我們測量晶振阻抗的電路如圖1所示
圖1.諧振阻抗測量電路
圖一Fig.1Measuringcircuitforresonanceimpedance
諧振阻抗
VAB是晶振兩端的電壓
I為流過晶振的電流
近似地
VAE是AE兩點間的電壓，VDE是DE兩點間的電壓。測量了阻抗，由阻抗與氣體壓強的關係曲線，便可知道氣體的壓強。
DL-10A型石英真空計採用FC135晶振做感測器，其阻抗與壓強的關係如圖2所示:
圖2FC135晶振諧振阻抗與壓強的關係
圖二Fig.2RelationshipbetweenFC135resonanceimpedanceandpressure
圖中縱坐標Z是諧振阻抗Z與固有阻抗Z0之差。固有阻抗是壓強遠小於下限即小於10-3Pa的阻抗。橫坐標是壓強，由圖可見，在壓強小於100Pa，Z與P近似成線性關係。我們將上述曲線存在單片機中，測量Z值，由數碼管顯示對應的壓強值，這就是石英真空計的工作原理。
DL-10A還設定一個零點調節按鍵，當壓強小於10-3Pa時，按一下該按鍵，單片機執行中斷程式，將此時的Z值存在單片機的EEPROM中。當儀器長時間不用或環境溫度變化較大時，應進行零點調節。
DL-10A控制單元採用ATMega16單片機對整機進行控制，AD變換採用LTC2412晶片。根據用戶需要可配備RS485接口或RS232接口，或無線傳送裝置。使用無線傳送裝置在20M距離內可在隔壁房間讀取測量數據。
3．檢測範圍
我們將一台DL-10A送中國計量科學研究院校準，校準結果如下表所示：
範圍表DL-10A的校準曲線如圖3所示，其橫坐標是計量院測量標準值，縱坐標是DL-10A顯示值。
圖3DL-10A校準曲線
圖三Fig.3CalibrationcurveofDL-10Avacuumgauge
DL-10A的下限決定於Z0隨時間漂移帶來的誤差。它主要決定於晶振的結構以及環境溫度的變化。
DL-10A在下限附近的比對曲線如圖4所示：
圖四圖4DL-10A的比對曲線
Fig4ComparisonbetweenthereadingsindicatedonDL-10AandMKSgauge,ionizationgauge
圖中縱坐標是DL-10A的讀數，橫坐標壓強大於等於1Pa是MKS簿膜真空計讀數，壓強小於1Pa是DL-5電離真空計讀數。由圖可見，在小於10-1Pa讀數分散在圖中陰影範圍，測量誤差很大，因此DL-10A的下限為10-1Pa。DL-10A的上限是105Pa。
4．特點以及套用
石英真空計的特點是感測器體積小，DL-10A採用的晶振是FC135，其尺寸為：3.2mm1.5mmmm。這樣，該真空計除與其它真空計一樣測量氣體壓強外，它能測量小體積，例如25px3大小的密封器件的氣體壓強，並能檢測真空的保持狀態。
5．功能及測試範圍
石英真空計的下限決定於石英晶振諧振阻抗的漂移，而阻抗的漂移決定於石英晶振的結構及環境溫度，選擇適當的晶振，可以獲得較低的下限。DL-10A石英真空計下限可達10-1Pa，測量範圍為10-1Pa-105Pa，石英真空計的特點是感測器體積小，它能在體積小的真空密封器件中測量真空與檢漏。
