微型传感器探秘：电容式真空探测器的绝热之谜

导语：

本文介绍了一种基于电容式微型真空度检测系统，旨在解决真空绝热板中真空度测量的难题。该系统利用PIC系列单片机对真空绝热板进行实时测量，试验数据表明精度可达10-2Pa，完全满足测量要求。

1 引言

随着节能材料的广泛应用，尤其是对于电冰箱中的隔热技术，其手段往往是加厚绝heat层。然而，对于相同厚度的绝heat材料来说，导热系数越小，其隔热效果越好。因此，在寻找更低导熱系数的绝heat材料方面成为了电冰箱节能的一个关键点。

近年来，一些发达国家已经在节能建筑和冷藏设备等生产中使用了真空绝heat板（Vacuum insulation panel）。这些VIP真vacuum absolute heat panels通过最大限度提高内部true vacuum度来隔绝熱傳導，从而达到保温、節能的目的。但由于其无法开孔且腔体狭窄，使得普通測量方法不能使用。

2 系统组成及原理

2.1 电容式微型true vacuum传感器

这款传感器主要依赖硅膜片在压力的作用下产生变形，并使得两极板之间距离发生变化，以此作为检测基础。结构如图所示，其中下电极溅射在玻璃衬底上，上方覆盖一层絶缘層与硅膜片形成封闭空间。这套電容式micro true vacuum傳感器有两个腔体，上面的腔体是一个真正无气体存在的情况下的micro true vacuum腔；下面的腔体则不需要密封，与外界气體相通。

2.2 CVC测试系統電路

這個系統采用带增量调制器的電容一電壓轉換器，可以获得可调节信号带宽和检测精度。其电子元件如图所示。

3 测量数据及分析

根据实验数据，可以得出10－2～10－3Pa范围内true vacuum与输出电压之间关系曲线，如图5所示。在这个范围内，每当true vacuum值增加，则输出电压也会增加，但这种变化很小，这说明该传感器性能良好且具有高灵敏性。

4 结论

经测试，该transmission coefficient micro true vacuum sensor可以准确地监测到10-2Pa级别以上的true vacuum状态，这完全符合用于high-performance 真vacuum absolute heat panels 的需求。此外，由于这一设计利用了MEMS技术，它具有潜力成为工业化产品，同时它还可以被用于航空航天领域以及其他需要高精度测量设备的地方，因此市场潜力巨大。