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        各種真空計工作原理

        真空計又稱規,是測量真空度或氣壓的儀器。一般利用不同氣壓下的某種物理效應的變化進行氣壓的測量。真空計測量原理所利用的不同物理機制,可主要分為三大類,分別為利用力學性能、利用氣體動力學和利用帶電粒子效應的真空計。

        利用力學性能的典型真空計有波爾登規(Bourdon)和薄膜電容規;利用氣動力學效應的典型真空計有皮拉尼(Pirani)電阻規和電熱偶規;利用帶電粒子效應的典型真空計有熱陰極電離規和冷陰極電離規。下面簡單介紹一下三大類真空計:

        一、利用力學性能的典型真空計

        1、波爾登規(Bourdon)

        ·工作原理:

        波爾登規一端接真空系統,一端彎成橢圓形,并封閉起來,當真空度變化時波爾登管會產生彎曲,帶動齒輪偏轉來指示真空度

        ·銅管受壓力不同有舒張現象,帶動杠桿、齒輪轉動

        ·測量范圍:100pa~1atm

        ·可能損壞:

          測量壓力過大、測量腐蝕性氣體


        2、薄膜電容規

        ·工作原理:

        在不同壓力下金屬膜片受力不同會有不同尺度的變形,使得金屬膜片和電極之間的電容變化,通過測量電容的變化量,即可知道金屬膜片上氣壓的變化

        ·膜片受壓力變形,與電極間電容變化

        ·測量范圍:一般跨四個量級

          0.01pa~100pa

          0.1pa~1000pa

          ......

        ·靈敏度很高

        ·環境溫度影響大

        ·高于環境溫度的恒溫條件下使用

        ·預熱數小時

        薄膜規-電容規1

        薄膜規-電容規2

        二、利用氣動力學效應的典型真空計

        1、皮拉尼(Pirani)電阻規

        ·氣體分子導熱量與熱絲溫度關系,進而與熱絲電阻關系

        ·用電橋測量電壓變化

        ·測量范圍:

          恒壓0.1pa~100pa

          恒溫0.1pa~1000pa

        ·高氣壓時導熱多,熱絲溫度降低,不準

        ·不同氣體導熱性不同,需要校準

        ·可能損壞:

          過低氣壓使用、 測量腐蝕性氧化性氣體

        皮拉尼(Pirani)電阻規1

        皮拉尼(Pirani)電阻規2

        恒溫模式測電壓

        皮拉尼(Pirani)電阻規3

        可能危險:向腔體充Ar,讀數不到1E4Pa時,實際已經超1atm,導致系統外爆


        皮拉尼(Pirani)電阻規4

        2、熱電偶規

        ·基本原理同皮拉尼Pirani電阻規基本原理一致,只是它不用測量熱絲電阻的變化,而是用熱電偶直接測量熱比的溫度變化。

        ·用熱電偶直接測量熱絲溫度

        ·測量范圍:0.1pa~1000pa

        ·高氣壓時導熱多,熱絲溫度降低,不準

        ·不同氣體導熱性不同,需要校準

        ·可能損壞:

        過低氣壓使用、測量腐蝕性氧化性氣體



        三、利用帶電粒子效應的典型真空計

        1、熱陰極電離規

        1)熱陰極電離規-傳統

        ·熱陰極電離規中,由熱陰極即燈絲發射電子,電離真空中的氣體分子,產生離子,由收集極收集產生的離子,形成離子電流,通過測量離子電流的大小即可推算出真空中氣體分子的密度,進而得到氣壓大小。

        ·測量范圍:1E-5Pa~1E-1Pa

        ·不同氣體電離率不同,需要校準

        ·電子在柵極產生軟X射線在收集極引起光電發射,造成收集極引起光電發射,造成收集極收集到離子的假象,此誤差影響測量下限


        2)熱陰極電離規-Bayard-Alpert規

        ·減小收集極面積,消除光電發射誤差

        ·測量范圍:1E-9Pa~1E-1Pa

        ·可能損壞

        過高氣壓使用、測量腐蝕性氧化性氣體


        2、冷陰極電離規-Penning規

        ·冷陰極電離規也是通過電離氣體分子收集離子電流的方法進行氣壓測量,但與熱陰極電離規不同的是,它是利用磁控放電電離氣體分子產生離子。

        ·其它原理基本同熱陰極

        ·測量范圍:1E-7Pa~1E-1Pa

        ·不同氣體電離率不同,需要校準

        ·容易發生濺射

        ·可能損壞:

          過高氣壓使用、測量腐蝕性氣體


                                                                                                                                                                                                                                                                                                 






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