各种真空计工作原理
各种真空计工作原理
真空计又称规，是测量真空度或气压的仪器。一般利用不同气压下的某种物理效应的变化进行气压的测量。真空计测量原理所利用的不同物理机制，可主要分为三大类，分别为利用力学性能、利用气体动力学和利用带电粒子效应的真空计。
利用力学性能的典型真空计有波尔登规（Bourdon）和薄膜电容规；利用气动力学效应的典型真空计有皮拉尼（Pirani）电阻规和电热偶规；利用带电粒子效应的典型真空计有热阴极电离规和冷阴极电离规。下面简单介绍一下三大类真空计：
1、波尔登规（Bourdon）
·工作原理：
波尔登规一端接真空系统，一端弯成椭圆形，并封闭起来，当真空度变化时波尔登管会产生弯曲，带动齿轮偏转来指示真空度
·铜管受压力不同有舒张现象，带动杠杆、齿轮转动
·测量范围：100pa～1atm
·可能损坏：
测量压力过大、测量腐蚀性气体
2、薄膜电容规
·工作原理：
在不同压力下金属膜片受力不同会有不同尺度的变形，使得金属膜片和电极之间的电容变化，通过测量电容的变化量，即可知道金属膜片上气压的变化
·膜片受压力变形，与电极间电容变化
·测量范围：一般跨四个量级
0.01pa～100pa
0.1pa～1000pa
......
·灵敏度很高
·环境温度影响大
·高于环境温度的恒温条件下使用
·预热数小时
薄膜规-电容规1
薄膜规-电容规2
1、皮拉尼（Pirani）电阻规
·气体分子导热量与热丝温度关系，进而与热丝电阻关系
·用电桥测量电压变化
·测量范围：
恒压0.1pa～100pa
恒温0.1pa～1000pa
·高气压时导热多，热丝温度降低，不准
·不同气体导热性不同，需要校准
·可能损坏：
过低气压使用、 测量腐蚀性氧化性气体
皮拉尼（Pirani）电阻规1
皮拉尼（Pirani）电阻规2
恒温模式测电压
皮拉尼（Pirani）电阻规3
可能危险：向腔体充Ar，读数不到1E4Pa时，实际已经超1atm，导致系统外爆
皮拉尼（Pirani）电阻规4
2、热电偶规
·基本原理同皮拉尼Pirani电阻规基本原理一致，只是它不用测量热丝电阻的变化，而是用热电偶直接测量热比的温度变化。
·用热电偶直接测量热丝温度
·测量范围：0.1pa～1000pa
·高气压时导热多，热丝温度降低，不准
·不同气体导热性不同，需要校准
·可能损坏：
过低气压使用、测量腐蚀性氧化性气体
1、热阴极电离规
1）热阴极电离规-传统
·热阴极电离规中，由热阴极即灯丝发射电子，电离真空中的气体分子，产生离子，由收集极收集产生的离子，形成离子电流，通过测量离子电流的大小即可推算出真空中气体分子的密度，进而得到气压大小。
·测量范围：1E-5Pa～1E-1Pa
·不同气体电离率不同，需要校准
·电子在栅极产生软X射线在收集极引起光电发射，造成收集极引起光电发射，造成收集极收集到离子的假象，此误差影响测量下限
2）热阴极电离规-Bayard-Alpert规
·减小收集极面积，消除光电发射误差
·测量范围：1E-9Pa～1E-1Pa
·可能损坏
过高气压使用、测量腐蚀性氧化性气体
2、冷阴极电离规-Penning规
·冷阴极电离规也是通过电离气体分子收集离子电流的方法进行气压测量，但与热阴极电离规不同的是，它是利用磁控放电电离气体分子产生离子。
·其它原理基本同热阴极
·测量范围：1E-7Pa～1E-1Pa
·不同气体电离率不同，需要校准
·容易发生溅射
·可能损坏：
过高气压使用、测量腐蚀性气体
