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一、工作原理

薄膜式真空計是基于彈性薄膜在壓力差作用下產生形變，通過檢測形變轉化為電信號來測量真空度的儀器。其核心原理可拆解為以下步驟：

1. 結構與核心組件

· 彈性薄膜：通常由不銹鋼、鎳合金或陶瓷等剛性材料制成，具有良好的彈性和耐腐蝕性，分隔被測真空環境與參考壓力環境（如大氣或已知壓力腔）。

· 信號轉換元件：根據類型不同，分為以下兩種主要形式：

· 應變片式：在薄膜表面粘貼電阻應變片，形變時應變片電阻值隨薄膜拉伸或壓縮發生變化，通過惠斯通電橋轉換為電壓信號。

· 電容式：薄膜與固定電極形成電容，形變時極間距變化導致電容值改變，通過電路檢測電容變化量。

2. 工作機制

· 壓力差作用：當被測環境處于真空狀態時，薄膜兩側產生壓力差（大氣壓力 / 參考壓力 vs 真空壓力），薄膜向真空側彎曲形變。

· 形變 - 電信號轉換：

· 應變片式：形變使應變片產生機械應力，電阻值按胡克定律線性變化，電橋輸出與壓力差成比例的電壓信號。

· 電容式：薄膜形變導致電容兩極板間距變化，電容值與壓力差呈線性關系，通過高頻振蕩電路或電橋檢測電容變化。

· 信號處理與校準：轉換后的電信號經放大、濾波后，通過校準曲線換算為真空度值（如 Pa、Torr 等單位）。

3. 關鍵特性

· 測量范圍：通常適用于中真空（103~10?1 Pa），部分改進型可延伸至低真空（10?~103 Pa）。

· 響應速度：取決于薄膜厚度和剛度，一般毫秒級響應，適合動態真空環境監測。

二、應用場景

薄膜式真空計因結構簡單、可靠性高、成本適中，廣泛應用于以下領域：

1. 工業制造

· 半導體與微電子：在芯片制造的沉積、蝕刻、離子注入等工藝中，監測真空腔體內的壓力穩定性，確保薄膜沉積均勻性和工藝重復性。

· 真空鍍膜：光學鍍膜、太陽能電池薄膜制備時，精確控制真空度以調節膜層厚度和致密度。

· 真空熱處理：金屬退火、淬火等工藝中，監測爐內真空度，防止氧化并保證熱處理質量。

2. 科研與實驗室

· 真空物理研究：用于分子束外延（MBE）、真空蒸餾等實驗，實時監測真空系統壓力。

· 材料表征：在掃描電鏡（SEM）、X 射線光電子能譜（XPS）等設備中，確保樣品測試環境的真空度要求。

3. 能源與航空航天

· 核聚變研究：托卡馬克裝置中監測真空室壓力，維持等離子體約束條件。

· 航天器測試：模擬太空真空環境，測試部件在苛刻條件下的性能。

4. 其他領域

· 醫療設備：真空采血、醫用真空系統的壓力監測。

· 食品包裝：真空包裝機中控制抽氣過程，確保包裝密封性和保質期。

三、優缺點對比

四、延伸知識

· 與其他真空計的配合：在高真空（10?1~10?? Pa）或超高真空（<10?? Pa）場景中，常與熱傳導真空計、電離真空計串聯使用，覆蓋全量程測量。

· 新型發展：微機電系統（MEMS）技術推動薄膜式真空計向微型化、集成化發展，適用于便攜式設備或芯片級真空監測。

通過以上原理與應用的解析，可清晰理解薄膜式真空計在真空測量中的核心作用及其在各領域的實際價值。