半导体制造环境控制系统（ECS）系列：压力控制系统_（3）.压力测量技术与设备.docx

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压力测量技术与设备

1.压力测量的基本概念

在半导体制造过程中，压力控制是一个至关重要的环节。压力测量是实现压力控制的基础，通过对压力的精确测量，可以确保制造环境的稳定性和产品的质量。压力测量的基本概念包括压力的定义、单位、分类以及测量原理。

1.1压力的定义和单位

压力是指单位面积上所受的力，通常用符号P表示。在国际单位制（SI）中，压力的单位是帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m2。在半导体制造中，常用的压力量纲还包括毫巴（mbar）、托（Torr）、英寸水柱（inH2O）和英寸汞柱（inHg）。

1.2压力的分类

压力可以分为绝对压力、表压和差压三种类型：

绝对压力：以完全真空为参考点的压力，通常用符号Pabs

表压：以大气压为参考点的压力，通常用符号Pgauge

差压：两个不同压力之间的差值，通常用符号ΔP

1.3压力测量原理

压力测量的基本原理包括弹性元件法、液体柱法、气体柱法、电气法和光学法等。这些方法各有优缺点，适用于不同的测量场景。

弹性元件法：利用弹性元件（如弹簧、波纹管等）的变形来测量压力。常见的弹性元件压力传感器有弹簧管压力表和波纹管压力传感器。

液体柱法：利用液体的高度差来测量压力。常见的设备有水银压力计和水柱压力计。

气体柱法：利用气体的高度差来测量压力。常见的设备有气动压力计。

电气法：利用压力变化引起的电气参数变化来测量压力。常见的电气压力传感器有压阻式传感器、电容式传感器和应变片传感器。

光学法：利用光学原理来测量压力。常见的设备有光纤压力传感器。

2.常用的压力测量设备

2.1弹性元件压力传感器

2.1.1弹簧管压力表

弹簧管压力表是最常见的弹性元件压力传感器之一，其工作原理是利用弹簧管的变形来测量压力。弹簧管的变形程度与所受压力成正比，通过指针的偏转来显示压力值。

2.1.2波纹管压力传感器

波纹管压力传感器利用波纹管的变形来测量压力。波纹管的变形程度与所受压力成正比，通过位移传感器或电阻应变片来检测波纹管的变形，从而测得压力值。

2.2电气压力传感器

2.2.1压阻式传感器

压阻式传感器利用压阻效应来测量压力。当压力变化时，传感器内部的电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化来确定压力值。压阻式传感器具有高灵敏度和快速响应的特点。

2.2.2电容式传感器

电容式传感器利用压力变化引起的电容变化来测量压力。当压力变化时，传感器内部的电容值会发生变化，通过测量电容值的变化来确定压力值。电容式传感器具有高精度和良好的稳定性。

2.2.3应变片传感器

应变片传感器利用应变片的电阻变化来测量压力。当压力变化时，应变片会发生变形，导致其电阻值变化，通过测量电阻值的变化来确定压力值。应变片传感器广泛应用于工业控制和压力测量中。

2.3光学压力传感器

2.3.1光纤压力传感器

光纤压力传感器利用光纤的光学特性来测量压力。当压力变化时，光纤的折射率会发生变化，通过检测光信号的变化来确定压力值。光纤压力传感器具有高精度、高灵敏度和抗干扰能力强的特点。

2.4压力变送器

压力变送器是一种将压力信号转换为标准电信号（如4-20mA、0-10V等）的设备。常见的压力变送器有模拟压力变送器和数字压力变送器。

2.4.1模拟压力变送器

模拟压力变送器将压力信号转换为模拟电信号，通常为4-20mA或0-10V。这些信号可以直接接入PLC或其他控制系统中进行处理。

#例子：使用模拟压力变送器读取压力值

importspidev

importtime

#初始化SPI接口

spi=spidev.SpiDev()

spi.open(0,0)

spi.max_speed_hz=1000000

defread_channel(channel):

读取指定通道的ADC值

:paramchannel:通道号（0-7）

:return:ADC值

adc=spi.xfer2([1,(8+channel)4,0])

data=((adc[1]3)8)+adc[2]

returndata

defconvert_to_voltage(adc_value):

将ADC值转换为电压值

:paramadc_value:ADC值

:return:电压值（V）

volts=(adc_value*3.3)/1024

returnvolts

defconvert_to_pressure(voltag