Page 49 - 《真空与低温》2025年第3期

320 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

范围内，回归曲线拟合效果较好，R =0.999。当压力
2
1.4×10 −5
0.17 Pa 时，电流偏差值达到最大，此时线性度为
为 3.58%，数值较小，说明真空规线性度较好。
平均值: 10.1 μA
−5
发射电流/A 1.2×10 −5 相对标准偏差: 0.51% 发射电流=10.1 μA
1.0×10

1.0×10 −9
离子流/A
8.0×10 −6
0.001 0.010 0.100
压力/Pa
2
1.0×10 −10 R =0.999
图 4 发射电流稳定效果图 线性度: 3.58%
Fig. 4 The effect drawing of emission current stability
0.01 0.10
在使用离子流测量电路对离子流进行采集前， 压力/Pa
先使用标准电流源输出 50 pA～20 nA 的电流，对 图 6 离子电流随压力变化图
电路模块进行了线性测试，测试结果如图 5 所示。 Fig. 6 The variation of the ion current along with pressure

由实验结果可知，输入电流与输出电压之间相关系
数为 0.99，电路保持了良好的线性度，满足 50 pA～ 3 结论
20 nA 的设计指标。输出电压 V ou 和输入电流 I i 之 本文设计了与 MEMS 热阴极电离真空规相配
n
t
间的函数关系如式（7）所示，通过式（7），单片机即 套的电路系统，主要包括阴极电路模块、栅极电路
可通过 ADC 传输的信号运算得出当前离子电流的 模块、离子收集极电路模块以及单片机电路模块，
数值。从图 5 可以看出，当输入电流在 50 pA 附近 电路系统整体尺寸紧凑，单块电路板直径为 48 mm。
时，曲线已经开始略微偏离线性，原因可能是热噪 在真空测试系统中测试了电路系统的性能：发射电
声电流对测量带来了干扰。后续研究将通过加装 流平均值为 10.1 μA，相对标准偏差为 0.51%，离子
挡位切换电路、采用阻值更高的跨接电阻来提高 流测量电路能测量 50 pA～20 nA 的电流，真空规
对 pA 量级电流的测量精度。 在测试过程中特性曲线接近直线，线性度为 3.58%。
8
V out = 1.96×10 I in +7.62×10 −3 （7） 该电路系统为研制实用的 MEMS 热阴极电离真空
计提供了基础。后续研究工作将一方面改进真空
规结构，降低 ESD 效应、软 X 射线效应等因素的
线性拟合
干扰，进一步改进离子流测量电路，实现真空计量
1.00
程的拓展；另一方面将对真空腔体进行改进，使其
输出电压/V 0.10 内部的压力能够达到更低的量级，为研究宽量程

的
热阴极电离真空计提供支持。
MEMS
R =0.99 参考文献：
2
0.01 [1] 李元奎，丁丁，赵刚，等. 专用真空加热炉抽气系统设计及
1.0×10 −10 1.0×10 −9 1.0×10 −8
输入电流/A 应用 [J]. 中国设备工程，2024（15）：135−137.
[2] 毕海林，付堃如，程春鹏，等. 聚变装置真空系统远程泄漏
图 5 电路线性测试曲线图
检测方法研究 [J]. 真空与低温，2024，30（3）：262−267.
Fig. 5 The test curve of circuit linearity
[3] 郭安琪. 真空技术制备 ZnGa 2 O 4 材料及其光电性能研究
真空计实测离子流与压力的关系如图 6 所示。 [D]. 烟台：鲁东大学，2023.
可 以 看 出， 当 压 力 从 2.1×10 Pa 上 升 至 0.18 Pa， [4] 张虎忠，葛金国，姚鹏，等. 10 ~10 Pa 宽量程电离真空计
−3
−1
−9
离子流从 51 pA 上升至 4.15 nA，离子测量模块能 研制与性能研究 [J]. 真空与低温，2022，28（4）：392−396.
够对离子流进行较为准确的测量。在测试的压力 [5] 李得天，张虎忠，葛金国，等. 真空全压力测量新技术 [J].