1、前言

　　石英晶振在谐振时，谐振阻抗与气体压强有关，悠然用此关系作真空计。我国也曾有人对此进行了研究。目前石英真空计已经上市。测量范围是：1~10⁵Pa，误差为10%。该真空计规管尺寸较小，单一规管测量范围较宽。精度较高，但测量电路较复杂。石英真空计可用于手表中音叉状的晶振做规管。我们选用的晶振为市场上买到的Φ2×6型频率标称值为32.768kHz的晶振。晶振在谐振时，气体压强高，阻抗高，反之阻抗低。测量晶振的谐振阻抗，也就可以知道气体压强了，真空技术网(//crazyaunt.cn/)认为这就是石英真空计的基本原理。

2、谐振次数与有害气体压强的关心 　　熔融石英晶振的等效控制电路就像文中1所显示，谐振时阻抗匹配最窄，为并联电阻计算谐振

图1 石英晶体晶振的等效集成运放 　　谐振工作频点是晶振的相电压与感应功率位相相当时的工作频点，或感应功率为最明显值时的工作频点。侧量三极管图如图是2如下：

图2 自动测量控制电路

　　图中频率可掉电源的频率的分辨率为5mHz。流过晶振的电流可由串联电阻R上的电压来测量。将晶振做成真空规管，接入真空系统，测量晶振的谐振频率与压强的关系，结果如图3所示：

图3 谐振频带宽度与压强内在联系的弧线 　　由图由此可见，谐振平率平率岁压强的增加单一降低，从1Pa到100kPa。谐振平率是降低约10Hz。 　　测试另外一个种Φ3×8型，5ppm的晶振从1Pa到100kPa，谐振概率减少为7Hz。虽然在10kPa至100kPa间，测试谐振概率也可常做预测混合气体压强，显然测量误差是较大的。 3、谐振电阻值与压强的的关系 　　侧量谐振电阻值仍用图2电路设计，谐振电阻值Z=Uab/I 　　UAB—— 是晶振AB俩端的电压 　　I— 是谐振时可以通过晶振的瞬时电流 　　在本电路板中 　　I=Ubc/R 　　UBC—— 是热敏电阻俩端相电压 　　因此 Z=UAB/UBC×R 　　当压强小于等于10-4Pa时的Z值用Z0表达出来，这个时候有害气体的发展阻力已尚小了，精确测量的电位差为晶振的具有电位差，他所决定于晶振机器之间上下时晶振自身业务内外消耗的能量场，他与压强关系不大。 　　UAB与UBC的检测的电路板如图如图是如图是：UAB=UAC-UBC

图4 讨论会的电压的衡量线路 　　Φ2×6晶振的谐振特性阻抗与压强的的关系如5图示：

图5 谐振特性阻抗与压强的内在联系

　　纵坐标是谐振阻抗Z与固有阻抗Z0之差△Z,横坐标是压强。在10^-4 Pa测的固有阻抗为16kHz。从真空到到大气，阻抗从16kHz单值增加到189kHz。有图5可见，在1Pa--100Pa之间，△Z与P近似成正比，在10²Pa--10⁵Pa之间，△Z近似与 成正比。晶振的谐振阻抗与晶振的几何尺寸有关，我们测量Φ3×8型晶振，测量的谐振阻抗与图5所示的阻抗不一样，Z0为9KHz，大气时为90 KHz。文献报道，谐振阻抗还与晶振的切割取向有关。

4、压强校正底限

　　由图5可见，石英真空计上限为100kPa没有问题。压强测量下限决定于Z0的波动。长时间测量Φ2×6型晶振，Z0的波动约为±0.5 Pa的波动。如果定义压强下限为误差10%时压强，则Φ2×6型晶振的压强下限为5 Pa。石英真空计产品介绍的测量范围是1 Pa到大气压，可见该真空计的下限为1Pa。文献报道，用专门制造的晶振，考虑温度对Z0的影响，用石英晶振可测量到10^-2 Pa，误差为10%。

5、谐振特性阻抗Z的衡量计算误差

　　本文所述电路，4次在10、100、1k、10 k、100 kPa压强值测量，△Z型晶振阻抗Z的误差分别为：1%、0.6%、0.2%、0.3%、0.5%，压强测量在10~1kPa用Inficom薄膜真空计，1kPa~100kPa用DL-4型压敏电阻真空计。在压强小于10^-4 Pa，测量Z0随时间的变化，在2小时内读数分别为：16.3、16.6、16.5、16.5kΩ，平均值为16.5±0.1 kΩ。约有±100Ω的波动。

6、工作小结

　　将△Z= Z- Z0随压强变化的曲线存入单片机中，测量△Z，由数码管读取压强值，就成为石英真空计。用Φ2×6型晶振作传感器，做成规管，测量范围是5-10⁵ Pa。目前石英真空计已做到1Pa~10⁵Pa。

发表文章人及写作者相关信息： 　　王逊，唐镇松，张云峰 　　(长沙大学专业电商学系，长沙 100871)