[发明专利]一种超声波真空测量规管

说明书

本发明公开了一种超声波真空测量规管，超声波的发射和接收用同一陶瓷膜片探头完成，将探头置于规管一侧，与探头相对的一侧为平整的规管壁，发射出的超声波会反射回来由接探头接收，探头内部加入一个温度传感器，检测规管内温度变化，进行温度补偿。在抽气过程中，由于真空逐步变高，超声波的传播速度逐步变慢。整体规管的长度一定，因此超声波从发射到接收的时间就会发生变化，由此反应容器中真空度的变化。硬件设计1Mhz的超声波发射与接收电路，通过控制器的控制，使超声波的发射与接收可控，计算出超声波在不同真空度下的时间差异即可实现真空装置的真空度测量。本发明制作成本低，长期稳定性好，不会对测量系统产生热辐射、光污染。

技术领域

本发明涉及真空规管领域，具体涉及一种超声波真空测量规管。

背景技术

在真空度测量领域，现有的各类真空规管在实际应用中存在的各式各样的问题。

电阻规管、热偶规管等传统热传导式真空规管通过将传感器灯丝加热，通过测量不同真空度下传感器的散热率来测量真空度。会对测量的真空系统产生热辐射；因热丝长期工作在高温下，受气体作用易氧化变细，或导致热丝本身结晶构造变化，会改变热丝的电阻，造成零点的漂移。热丝表面因会吸附气体而改变了表面的适应系数，造成灵敏度的变化，因此热传导式真空规管易老化。

薄膜规管、压阻规管等传统形变式真空规管通过真空度不同产生的压力，通过测试传感器的形变来测量真空度。温度变化时，因壳体、膜片、电极和绝缘等材料的热胀冷缩，会产生压强测量误差。温度的变化，也会引起膜片张紧程度改变，由于材料的不同，热膨胀系数也不同，受温度影响就更大，对规管组件的材料要求较高，成本高且测量范围窄，耐冲击力低。

另外，热阴极电离规管、冷阴极电离规管等传统电离真空规管通过将空气分子电离来收集离子来测量真空度。存在光污染、热辐射，功耗很高，且需要高压驱动，存在安全风险。当真空系统暴露大气后，电离规玻璃泡和电极表面会吸附很多气体，在真空环境下，气体又被释放出来，影响测觉精度。为消除这种影响，在测量前必须对规管进行除气。电离规管除气采用烘烤方法，即给灯丝和栅极可分别通电加热，板极则采用高频感应加热或电子轰击，使气体在测量前被释放出来。测量范围窄，不耐大气冲击。

现有的超声波真空检测管利用声波在介质中传播的原理实现真空度的测量，由于超声波的传播存在衰减问题，现有技术依赖于功率放大器对超声波进行发射和接收，并且发射端和接收端在信号转换过程中存在系统误差，在测试前需要繁琐的调试校准工作，否则会导致测量精度不足。

发明内容

本发明提供了一种超声波真空测量规管，利用超声波的反射原理，选择同一部件完成超声波的发送和接收，提高了真空度测量的准确度。通过下述技术方案实现：

一种超声波真空测量规管，包括规管本体，设置于规管端头内的探头，所述探头内部设置有超声波收发部件。所述探头的对侧规管内壁为光滑的平面。当入射超声波到达对侧规管内壁时，反射回到探头端，被超声波收发部件所接收。

介质的疏密程度会对超声波的传递产生影响，在超声波从发射到接收的路程一定时，真空度的改变会影响声波的传播速度，而且在某一真空度范围内超声波传播时间与真空度成映射关系。通过对超声波发射接收的控制，计算超声波在不同真空度下时间的变化，实现真空度的测量。

在上述方案的基础上，进一步的有：所述超声波收发部件为陶瓷膜片，用于完成超声波的发射和接收。

在上述方案的基础上，进一步的有：所述陶瓷膜片为压电陶瓷。超声波收发装置的陶瓷膜片的选择一般有石英晶体、压电陶瓷两种。石英晶体没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动）。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。因此选用压电陶瓷作为超声波的收发装置。石英晶体震荡精度高，但是频率范围较窄，不易于驱动和接收超声波信号；压电陶瓷震荡频率较宽，响应频率范围比石英晶体宽，适合用于超声波收发装置。