振動薄膜規的外殼直徑為25.5mm,兩個對稱電極的直徑均為15mm,薄膜厚度為3ym,兩側的電極與薄膜之間距離為70tnn左右,在兩電極上同時加有直流偏置電壓V。(薄膜接地),當驅動電極上疊加一個頻率與薄膜的固有頻率相同的交流電壓時,在靜電力作用下薄膜會產生諧振。因氣體的阻尼效應,薄膜振幅會隨壓力而變化,并引起振膜與測量電極之間的電容的變化,從而導致測量電極輸出一個隨壓力而變化的交流電壓,借以指示壓力。
圖11-35振動薄膜規1-外殼;2-薄膜;3-驅動電極;4-測量電極。
此外,還可以用改變驅動電壓大小,維持振膜振幅不變的方法,來測量氣體壓力。驅動電壓與氣體壓力的關系如下:在低壓力時
在高壓力時
式中 v1——交流驅動電壓幅值5
rp——電極半徑;
Xp-薄膜與電極間距;
a0-振膜平均振幅;
—介電常數;
氣體動量傳輸系數;
振動的角頻率;
氣體粘滯系數。
從式(tl-36)和式(11-37)可知,當維持振膜的振幅不變時,驅動電壓幅值V1可用來指示氣體壓力。在低壓力時,vl與壓力p成正比;在高壓力時,VI與pn成正比(n≈1.4)。
在更高壓力時,由于規中存在聲學諧振和薄膜振蕩模式的跳變,甚至由于氣體粘滯性過大而使薄膜不能起振,從而限制了振膜規測量更高的壓力。另一方面由于薄膜自身的內摩擦損耗和電子線路的靜電損耗,限制了振膜規測量更低的壓力。振膜規的量程約為3.3×104Pa—l0-2Pa。
圖11-36是振膜規的自動閉環電路圖。
圖11-36振動薄膜規閉環電路方塊圖
振動薄膜規具有量程寬、精度高(≤±2%)、反應快、結構牢固等特點,但由于結構復雜、制作工藝困難等原因,各規管特性之間零散性較大。因此要求每個規管與電子線路配套,逐臺進行校準,這給成批生產和在工業上大量使用帶來一定困難.