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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,应用最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


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