容量薄膜真空ゲージはその高精度、広いレンジとガス成分とは関係のない特性により、「絶対圧力測定」と呼ばれ、半導体製造、真空めっき、科学研究実験などの分野で核心的な地位を占めている。その核心原理は3つの重要な一環に分解できる:
一、圧力駆動の機械的変形
キャパシタ薄膜真空ゲージのコア部品は、真空チャンバと参照チャンバをそれぞれ接続する超薄金属膜(通常はインコネルクロムニッケル鉄合金またはセラミック材料を使用し、厚さはわずか数十ミクロン)である。真空洞内の圧力が変化すると、膜片は差圧作用の下で弾性変形が発生する:もし真空洞圧力が基準空洞より低ければ、膜片は真空側に突起する、反対に、基準側に凹んでいます。この変形は、ガスの種類に関係なく、圧力差の大きさにのみ依存する絶対圧力の値を直接反映している。
二、容量変化の精密検査
ダイヤフラムと固定電極は平行板キャパシタを構成する。膜片が変形すると、電極間隔がわずかに変化し(例えば0.1ミクロンオーダー)、電気容量に顕著な変動(約0.3 pF)が生じる。測定精度を高めるために、現代の真空ゲージは差動式二重容量構造を採用することが多い:膜片の両側に電極を対称に配置し、2つの独立したコンデンサを形成する。ダイヤフラムがオフセットされると、一方の電気容量が増加し、他方が減少し、ブリッジ回路を通じて容量差分値を電圧信号に変換し、効果的に環境干渉を除去する。
三、信号変換と定格出力
バックエンド回路は容量変化量を標準電気信号(例えば電圧や電流)に変換し、プリセット式を用いて実圧力値を計算する。例えば、あるモデルの真空ゲージは補償電圧と差圧の関係(P=KU、Kはゲージ定数)を測定することによって、10µPaから10µPaまでの広いレンジカバーを実現する。温度ドリフトの影響を除去するために、一部の設備は多結晶シリコン温度制御基板を用いて一定の動作環境(例えば28℃)を維持し、長期安定性を確保する。
容量薄膜真空ゲージの線形度、繰り返し性はいずれも0.1%より優れており、基準基準圧力は必要なく、突然大気に暴露しても損傷せず、絶対圧力測定の理想的なツールとなっている。