1.本发明涉及电容式真空规技术领域，尤其涉及一种电容式真空规的膜片结构及电容式真空规。
背景技术：2.目前，电容式真空规的膜片结构主要以固定电极和薄膜电极组成，利用薄膜电极在压差作用下变形，引起薄膜电极和固定电极之间的间距改变，来测得电容的变化。其中，薄膜电极和固定电极之间的极间间隙可直接影响最终电容值的变化。薄膜电极的厚度会导致应变的变化不同，可间接影响最终电容值的变化。而最终电容值的变化情况，将影响电容式真空规的线性度等关键指标。
3.但是，现有电容式真空规的膜片结构，存在如下问题：电容式真空规中的膜片在长时间的测量条件下，其磨损消耗程度变大，抗过载能力会出现显著的降低。长时间使用下，薄膜电极与固定电极之间的相对位移量会出现偏差，从而导致电容式真空规的线性精度降低。
4.因此，如何解决现有技术中长时间使用下电容式真空规的线性精度降低的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种电容式真空规的膜片结构及电容式真空规，用以解决现有技术中长时间使用下电容式真空规的线性精度降低的问题。
6.本发明提供一种电容式真空规的膜片结构，包括相对设置的固定极板和可动极板，所述固定极板和所述可动极板之间设有极板间隙，所述极板间隙为d，所述可动极板的厚度为t，其中，0.1d≤t≤25d。
7.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述可动极板的厚度t为60μm-900μm。
8.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述可动极板的直径为15mm-150mm。
9.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述可动极板的材料为金属。
10.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述可动极板的材料为陶瓷、石英、蓝宝石、单晶硅或k9玻璃，且所述可动极板的表面镀有导电薄膜，所述导电薄膜的材料为金属或合金。
11.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述导电薄膜的厚度为1μm-150μm。
12.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述可动极板的形状为圆形、方形或椭圆形，和/或，所述固定极板的形状为圆形、方形或椭圆形。
13.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述固定极板的材料为陶瓷或石英，且所述固定极板与所述可动极板相对的一面设有导电电极。
14.根据本发明提供的电容式真空规的膜片结构，所述固定极板与所述可动极板相对的一面设置为曲面。
15.本发明还提供一种电容式真空规，包括壳体和设置在壳体中的膜片结构，所述膜片结构设置为如上述任一项所述的电容式真空规的膜片结构。
16.本发明提供的电容式真空规的膜片结构，包括相对设置的固定极板和可动极板，固定极板和可动极板之间设有极板间隙，极板间隙为d，可动极板的厚度为t，其中，0.1d≤t≤25d。如此设置，通过限制可动极板厚度t和极板间隙d之间的比例关系，使得可动极板厚度t和极板间隙d之间保持较好的平衡关系，以避免长时间使用后固定极板和可动极板之间出现相对位移偏差，从而在满足电路使用要求的前提下，提升了电容式真空规的线性度，最终提高了电容式真空规的整体性能与稳定性，解决了现有技术中长时间使用下电容式真空规的线性精度降低的问题。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明提供的电容式真空规的膜片结构的剖视图；
19.附图标记：
20.1：固定极板；
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2：可动极板；
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3：壳体；
21.4：导电薄膜；
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5：极板间隙；
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6：真空空间；
22.7：被测空间；
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8：进气孔。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.下面结合图1描述本发明的电容式真空规的膜片结构。
25.如图1所示，本发明实施例提供了一种电容式真空规的膜片结构，包括相对设置的固定极板1和可动极板2。具体地，固定极板1固定设置在壳体3中。可动极板2一般为能够产生形变的膜片结构，其两端与壳体3相连接，以将壳体3内部分成真空空间6和被测空间7。固定极板1位于真空空间6中，被测空间7与进气孔8相连通。使用时，将电容式真空规放入待测气体中，待测气体从进气孔8进入被测空间7。可动极板2在两侧压差作用下产生形变，导致固定极板1和可动极板2之间的距离改变，从而引起电容值的变化。具体来说，固定极板1和可动极板2之间设有极板间隙5，极板间隙5为d，可动极板2的厚度为t，其中，0.1d≤t≤25d。具体地，可动极板2可以设置在固定极板1的下方，也可以设置在固定极板1的上方，但二者之间的极板间隙5需满足上述比例关系。需要说明的是，以如图1所示的电容式真空规的膜片结构的摆放位置来说，图中上下方向即为所指上下方位，以及可动极板2的厚度方向。
26.若t＜0.1d，以极板间隙d为200μm为例，则可动极板厚度t小于20μm，可动极板2过薄，在压力变形下，会超过其本身的许用应力，可动极板2容易碎裂。而且由于过薄的可动极板2，其材料加工误差量就很大，会影响其最终的测试结果。
27.若t＞25d，以极板间隙d为200μm为例，则可动极板厚度t大于5mm，可动极板2过厚，其形变量过小，超过电路本身的检测精度，即使可动极板2发生了形变，也检测不到电压变化。而且长时间在气体压力的作用下，可动极板2材料本身会发生蠕变，产生微量变形，从而加大测试误差。
28.因此，通过将可动极板厚度t和极板间隙d之间的比例关系控制为0.1d≤t≤25d，使得可动极板厚度t和极板间隙d之间保持较好的平衡关系，从而使得可动极板2具有一定的抗过载保护能力以及多次变形后恢复的能力，以避免长时间使用后固定极板1和可动极板2之间出现相对位移偏差，进而在满足电路使用要求的前提下，提升了电容式真空规的线性度，最终提高了电容式真空规的整体性能与稳定性，解决了现有技术中长时间使用下电容式真空规的线性精度降低的问题。
29.本发明实施例中，可动极板2的厚度t为60μm-900μm。若可动极板2过厚，则其灵敏度过低，只能测量在高气压条件下的真空度，而无法测量较低气压条件下的真空度，可动极板2无法感应到轻微的压差变化。若可动极板2过薄，则其抗过载能力很弱，一旦气压超过其测试量程，再加上极板间的间隙过大，可动极板2多次形变或者形变过快，可动极板2就会出现碎裂，导致电容式真空规的性能失效，无法继续正常工作。因此，可动极板2的厚度控制在上述范围内，保证其具有较高的灵敏度，测量范围较大，抗过载能力较强，提高了电容式真空规的可靠性。
30.本发明实施例中，可动极板2的直径为15mm-150mm。可动极板2直径的大小直接影响在同一压力下可动极板2中心的挠度变化，将可动极板2的直径控制在上述范围内，从而使得可动极板2对压力反应具有较高的灵敏度，保证了电容式真空规的测量精度。
31.本发明实施例中，可动极板2的材料为金属，从而使可动膜片形成导电结构，与固定极板1构成可变电容，能够检测气压的变化。
32.本发明实施例中，可动极板2的材料还可为陶瓷、石英、蓝宝石、单晶硅或k9玻璃。其中，陶瓷、石英等为较好的非金属弹性材料，其内耗小，滞后仅为弹性较好的合金材料的百分之一。由此制成可动膜片，并在其表面镀上薄层导电金属作为电极，可以减小弹性滞后引起的误差，反应更加灵敏，从而保证电容式真空规的线性度和精度更高，并满足对气压的检测要求。
33.由于这些材料为非导电材料，因此可动极板2的表面镀有导电薄膜4，形成导体膜片，可与外部电容测量电路相导通。导电薄膜4的材料可为金属，例如为金，银，铅，铁等。或者导电薄膜4的材料为合金，例如为铜基合金，锌基合金，镉基合金，铟基合金，铅基合金，锡基合金，镍基合金，钴基合金，钯镍合金等。
34.本发明实施例中，导电薄膜4的厚度为1μm-150μm。由于镀膜厚度会影响金属表面镀层的牢固度、密度以及使用寿命，还会影响可动膜片整体的厚度。因此，将镀膜厚度控制在上述范围内，能够防止出现可动膜片表面膜层在反复形变中脱落的风险，避免检测数值出现严重的偏差。同时防止可动膜片过厚，导致膜片挠度整体变小，而无法感应到较低气压的变化，避免电容式真空规在低压条件下失效。
35.本发明实施例中，可动极板2的形状为圆形、方形或椭圆形。和/或，固定极板1的形状为圆形、方形或椭圆形。其中，固定极板1和可动极板2的形状和规格等可根据实际应用需求确定。例如，固定极板1和可动极板2的形状可设计为圆形，这样便于加工制造，结构小巧紧凑。
36.本发明实施例中，固定极板1的材料为陶瓷或石英，并且固定极板1与可动极板2相对的一面设有导电电极，从而能够与可动极板2配合，构成可变电容。
37.本发明实施例中，固定极板1与可动极板2相对的一面设置为曲面，可为凹面或凸面。具体地，需根据可动极板2的弯曲变形方向，来确定固定极板1与可动极板2相对的一侧表面是凹面，还是凸面。例如，如图1所示的电容式真空规，其固定极板1与可动极板2相对的一侧表面设置为凹面。这样设置，当可动极板2在两侧压差作用下发生变形后，可动极板2变成曲线形状，固定极板1与之相对的一侧表面也对应设置为曲面，二者的配合度、平行度更高，测量误差更小，从而提高了电容式真空规的测试性能。此外，在其他实施例中，固定极板1与可动极板2相对的一面还可设置为平面。
38.结合上述各个实施例，对本发明的电容式真空规的膜片结构进行具体的说明。本发明实施例提供了一种电容式真空规的膜片结构，包括相对设置的固定极板1和可动极板2，如图1所示，可动极板2设置在固定极板1的下方。固定极板1和可动极板2之间的极板间隙5为d，可动极板2的厚度为t，其中，0.1d≤t≤25d。可动极板2的厚度t为60μm-900μm，直径为15mm-150mm。可动极板2的材料为导体材料，例如为金属。或者可动极板2的材料为非导体材料，例如为陶瓷、石英、蓝宝石、单晶硅或k9玻璃，并且可动极板2的表面镀有导电薄膜4，导电薄膜4的厚度为1μm-150μm。导电薄膜4的材料为金属，例如为金，银，铅，铁等。或者导电薄膜4的材料为合金，例如为铜基合金，锌基合金，镉基合金，铟基合金，铅基合金，锡基合金，镍基合金，钴基合金，钯镍合金等。此外，可动极板2的形状可为圆形、方形或椭圆形，固定极板1的形状也可设计为圆形、方形或椭圆形。固定极板1的材料可为陶瓷或石英，固定极板1与可动极板2相对的一侧表面设置为曲面，具体地，曲面的弯曲方向可根据可动极板2的变形方向对应设置。
39.下面对本发明实施例中的电容式真空规的膜片结构进行测试实验，通过可动极板2两侧气压变化产生压强差，使得可动极板2变形，从而导致可动极板2与固定极板1之间间隙的变化。根据平板电容的原理，间隙的变化会引起电容的变化，通过电路以输出电压的方式检测电容的变化。然后计算本发明产品的输出电压与业界标准规的输出电压之间的误差精度。
40.实验一
41.实验条件：可动极板2为表面镀有导电薄膜4的石英膜片，可动极板2的厚度t为700μm，可动极板2的直径为40mm，极板间隙5为100μm，符合上述可动极板厚度t和极板间隙d之间的比例关系。
42.当施加10torr气压变化量时，本发明实施例中，石英膜片的变形量为2μm，其输出电压的误差精度达到0.15％，并且灵敏度满足电路使用要求。而现有技术中，施加10torr气压变化量时，误差精度的合格范围要求小于或等于0.5％。其中，torr是压强单位，为托。
43.实验二
44.实验条件：可动极板2为表面镀有导电薄膜4的陶瓷膜片，可动极板2的厚度t为100
μm，可动极板2的直径为15mm，极板间隙5为75μm，符合上述可动极板厚度t和极板间隙d之间的比例关系。
45.当施加10torr气压变化量时，本发明实施例中，陶瓷膜片的变形量为3.5μm，其输出电压的误差精度达到0.129％，并且灵敏度满足电路使用要求。
46.由此可知，本发明实施例中电容式真空规的膜片结构，其测量精度较高，远小于合格精度要求。其误差越小，则其线性度也越好，最终电容式真空规的性能也相应越好。
47.综上所述，通过限制可动极板厚度t与极板间隙d之间的比例关系，并且对可动极板2镀膜材料和镀膜厚度、可动极板2直径、固定极板1结构等加以要求，降低了可动极板2的磨损消耗程度，同时满足产品精度要求，改善了电容式薄膜真空规的线性度，最终提升了电容式薄膜真空规整体的性能与稳定性。
48.下面对本发明提供的电容式真空规进行描述，下文描述的电容式真空规与上文描述的电容式真空规的膜片结构可相互对应参照。
49.本发明实施例还提供了一种电容式真空规，包括壳体3和设置在壳体3中的膜片结构，该膜片结构设置为如上述各实施例中的电容式真空规的膜片结构。如此设置，通过限制可动极板厚度t和极板间隙d之间的比例关系，使得可动极板厚度t和极板间隙d之间保持较好的平衡关系，以避免长时间使用后固定极板1和可动极板2之间出现相对位移偏差，从而在满足电路使用要求的前提下，提升了电容式真空规的线性度，最终提高了电容式真空规的整体性能与稳定性，解决了现有技术中长时间使用下电容式真空规的线性精度降低的问题。该有益效果的推导过程和电容式真空规的膜片结构的有益效果的推导过程大致类似，故在此不再赘述。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
技术特征：1.一种电容式真空规的膜片结构，包括相对设置的固定极板和可动极板，其特征在于，所述固定极板和所述可动极板之间设有极板间隙，所述极板间隙为d，所述可动极板的厚度为t，其中，0.1d≤t≤25d。2.根据权利要求1所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述可动极板的厚度t为60μm-900μm。3.根据权利要求1所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述可动极板的直径为15mm-150mm。4.根据权利要求1所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述可动极板的材料为金属。5.根据权利要求1所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述可动极板的材料为陶瓷、石英、蓝宝石、单晶硅或k9玻璃，且所述可动极板的表面镀有导电薄膜，所述导电薄膜的材料为金属或合金。6.根据权利要求5所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述导电薄膜的厚度为1μm-150μm。7.根据权利要求1所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述可动极板的形状为圆形、方形或椭圆形，和/或，所述固定极板的形状为圆形、方形或椭圆形。8.根据权利要求1所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述固定极板的材料为陶瓷或石英，且所述固定极板与所述可动极板相对的一面设有导电电极。9.根据权利要求1所述的电容式真空规的膜片结构，其特征在于，所述固定极板与所述可动极板相对的一面设置为曲面。10.一种电容式真空规，包括壳体和设置在壳体中的膜片结构，其特征在于，所述膜片结构设置为如权利要求1-9任一项所述的电容式真空规的膜片结构。
技术总结本发明提供一种电容式真空规的膜片结构及电容式真空规，包括相对设置的固定极板和可动极板，固定极板和可动极板之间设有极板间隙，极板间隙为d，可动极板的厚度为t，其中，0.1d≤t≤25d。如此设置，通过限制可动极板厚度t和极板间隙d之间的比例关系，使得可动极板厚度t和极板间隙d之间保持较好的平衡关系，以避免长时间使用后固定极板和可动极板之间出现相对位移偏差，从而在满足电路使用要求的前提下，提升了电容式真空规的线性度，最终提高了电容式真空规的整体性能与稳定性。了电容式真空规的整体性能与稳定性。了电容式真空规的整体性能与稳定性。
技术研发人员：林立男 高乐 刘旭强 陶硕 张琳琳 曹文静 廖兴才
受保护的技术使用者：北京晨晶电子有限公司
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
