真空测量设备选择及常用真空计简介
真空测量设备选择及常用真空计简介
真空范围 | 真空测量设备 | 其他 |
粗真空 | 普通真空应用，弹簧式真空表（机械式弹性变细真空计） | 同时要求测量粗真空到低真空时，可以采用振膜式真空计、电容式薄膜真空计以及放射性电离真空计 |
101325~1000Pa | 有腐蚀气体、电容式薄膜真空计 | |
精密测量场合，U形真空计 | ||
低真空 | 仅作粗略指示，电火花真空指示器 | |
1000~0.1Pa | 一般场合，热偶或电阻真空计 | |
精密测量，压缩式真空计或电容式薄膜真空计 | ||
高真空 | 主要采用的电离真空计 | 同时要求测量低真空与高真空，复合真空计（电离真空计与热偶真空计组合）或高压力电离真空计 |
10-1~10-6Pa | 压缩式真空计 | |
放气量较大的真空设备及要求不高的场合，冷阴极电离真空计 | ||
超高真空 | B-A式电离真空计 | 从低真空测量到超高真空，宽量程超高真空计或复合式超高真空计 |
10-6~10-10Pa | 冷阴极磁控式电离真空计 | |
极高真空 | 冷阴极磁控式电离真空计 | |
低于10-10Pa | 热阴极磁控式电离真空计 | |
改进型B-A电离真空计 |
表中可以看到，从粗真空到极高真空，根据应用特点的不同，每一个真空范围会适应一种或多种真空测量设备。实际中一个大类的真空测量设备还会有各种细分品种，下面就简单介绍一下关于真空测量常用真空计。
真空测量常用真空计
真空测量是真空技术中的一个重要组成部分，用于测量的仪器叫做真空计。真空计的种类很多，根据真空计的刻度方法，可分为绝对真空计和相对真空计。
（一）绝对真空计：通过对气体压强进行测量，经过计算后，能反映真空度的真空计，叫绝对真空计，如：U型管真空计、压缩式真空计等。
（1）U型管真空计：利用U型管两端的液面差，来测量压强的真空计叫U型管真空计。
（2）压缩式真空计：又称麦克劳真空计。利用波意耳定律，将定量待测的气体，用水银或油压缩到极小体积，然后比较它的开管与闭管之间的液柱差，通过计算求得压强的一种绝对真空计。
（二）相对真空计：通过对与压强有关的物理量进行测量，但不能通过计算来进行刻度，只能与绝对真空计进行比较才能刻度的真空计，叫相对真空计，如弹性式真空表、薄膜式真空计、电阻真空计、热偶真空计和电离真空计等。
（1）弹性式真空表：利用弹性元件随压强变化所产生的变形，测量真空度的真空计。
（2）电阻真空计和热偶真空计：利用气体分子的热传导作用，测量真空度的真空计。
（3）电离真空计：利用气体分子在低压强下的电离现象，测量真空度的真空计。
（三）绝对真空计与相对真空计的比较
（1）绝对真空计的优点，是结构简单、造价低、测量精度高，其测量值与被测量气体种类无关（可凝性蒸气除外）。其缺点是操作不便，不能连续测量，用水银作介质时，水银蒸气对环境有污染。
（2）相对真空计的优点，是能连续测量真空度，并便于自动记录和用于自动控制。其缺点，是测量精度受气体种类和环境温度的影响较大，测量精度不如绝对真空计高。
真空热处理炉常用的真空计有弹性式真空表、热偶真空计、电阻真空计、电离真空计等相对真空计。现将常用的真空计工作原理简介如下：
（一）弹性式真空表：真空表内，有一由镀青钢或不锈钢等弹性材料制成的扁平截面弹簧弯管，管的一端与被测真空系统相连，另一端封死，并通过连杆齿轮与指针相连。当弹簧管内气体压强增高时，弹簧管的截面形状向圆形变化，并使弹簧管向外扩张，带动指针偏转。反之，当管内气体压强降低时，指针朝相反方向旋转。此种真空表，其真空度的测量范围为960~1Torr。
（二）热偶真空计：热偶真空计由测量真空度的敏感元件、热偶规和测量仪器组成。规管见图，测量仪器，由测量热电势的毫伏计和规管加热丝稳压电源两部分组成。热偶规管与被测真空系统相通。热偶规管外壳为玻璃管，内部有加热丝1和热偶丝2。热偶丝的冷端和热端温度不同时，由于温差效应，在回路中有热电势产生。如加热丝电压保持恒定，则热偶丝的热电势取决于加热丝的温度，而加热丝的温度与被测气体的压强有关。如压力降低时，气体的导热率减小，被气体传走的热量减小加热丝的温度随之升高，热偶丝的热电势增加，反之，气体压强增高时，气体的导热率增加，被气体带走的热量增加，加热丝的温度降低，热电偶的热电势减小。用毫伏表测量热电偶回路中的热电势，即可测出被测真空系统中真空度的大小。
（三）电阻真空计：电阻真空计又称皮拉尼真空计，由电规管和测量仪器两部分组成。电阻规管与被测真空系统相通。规管的外壳为玻璃壳或金属壳，壳内装有电阻丝。电阻丝常用电阻溢度系数较大的钨、铂、镍等金属丝。电阻丝温度升高时，其电阻值增加。反之，温度降低时，电阻值减小。电路系统保持电阻丝两端的电压恒定。如被测真空系统的气体压强降低时，气体的导热率相应减小，被气体传走的热M减小，规管内电阻丝温度升高，其电阻RP相应增加。反之，气体压强增高，RP相应减小。其测量电路为惠斯登电桥。规管的电阻丝为电桥的一臂，RZR4是固定电阻，R3是可变电阻。电桥平衡的条件是RP*R4=R2*R3。当RP变化时，电桥失去平衡，不平衡电流值由微安表读出，即可测出真空度的变化。
（四）电离真空计：电离真空计是测量高真空的主要真空计。在低压强气体中，气体分子被电离所产生的正离子数与气体的压强，即气体分子的密度成正比。利用此原理制成的真空计叫电离真空计。按照产生离子方法的不同，利用由热阴极发射电子，使气体分子电离的原理制成的真空计叫热阴极电离真空计。利用在强电场和强电磁作用下，由冷阴极放电作用使气体分子电离的原理制成的真空计，叫冷阴极电离真空计。
现将热阴极电离真空计的工作原理简介如下，热阴极电离真空计，由热阴极电离规管和测量仪器组成。测量仪器由规管工作电源，发射电流稳压装置和离子流测量放大器等部分组成。热阴极电离规管与被测真空系统相通。热阴极电离规管是一个三极管，管内有阴极、栅极和收集极。收集极电位，相对于阴极为负电位，栅极电位，相对于阴极为正电位。当电离规管通电加热后，阴极发射出电子。此电子在达到栅极过程中，同气体分子碰撞发生电离，产生正离子和电子。当发射电流一定时，正离子的数目与被测气体压强成正比。正离子被收集极收集后，经测量电路放大就可由指示电表读出被测系统真空度。
（五）复合真空计：一般低真空测量和高真空测量不能用一种真空计完成，因而采用复合真空计。目前，应用较广的电离与热偶式复合真空计，复合真空计附有一个热偶规管、一个电离规管，分别插在被测真空系统上。通过复合真空计上的旋钮，分别给两个规管加热，并选择使用。
来源：佑伦真空