第10章真空測(cè)量

1、真真 空空 測(cè)測(cè) 量量真空測(cè)量的研究對(duì)象真空測(cè)量的研究對(duì)象p混合氣體的全壓力測(cè)量混合氣體的全壓力測(cè)量 由于指定空間內(nèi)被測(cè)氣體大多數(shù)為混合由于指定空間內(nèi)被測(cè)氣體大多數(shù)為混合氣體，真空測(cè)量應(yīng)于混合氣體的全壓力測(cè)量。所用的真空計(jì)測(cè)量全壓力氣體，真空測(cè)量應(yīng)于混合氣體的全壓力測(cè)量。所用的真空計(jì)測(cè)量全壓力l 絕對(duì)真空計(jì)和相對(duì)真空計(jì)絕對(duì)真空計(jì)和相對(duì)真空計(jì)絕對(duì)真空計(jì)絕對(duì)真空計(jì)：從其從其本身測(cè)得的壓強(qiáng)物理量本身測(cè)得的壓強(qiáng)物理量中中直接算出直接算出氣體的氣體的壓力值壓力值相對(duì)真空計(jì)相對(duì)真空計(jì)：通過(guò)通過(guò)與氣體壓力有關(guān)的物理量與氣體壓力有關(guān)的物理量以以間接間接的方法的方法反映反映所測(cè)的氣體所測(cè)的氣體壓力值壓力值相對(duì)真

2、空計(jì)必須相對(duì)真空計(jì)必須絕對(duì)真空計(jì)的絕對(duì)真空計(jì)的校準(zhǔn)校準(zhǔn)才能準(zhǔn)確地對(duì)真空度進(jìn)行測(cè)量才能準(zhǔn)確地對(duì)真空度進(jìn)行測(cè)量l 真空計(jì)或真空規(guī)真空計(jì)或真空規(guī)真空技術(shù)中習(xí)慣以各向同性的中性氣體的壓力來(lái)表示真空度的高低。真空技術(shù)中習(xí)慣以各向同性的中性氣體的壓力來(lái)表示真空度的高低。通常把用于測(cè)量比大氣壓小得多的氣體壓力的工具稱為通常把用于測(cè)量比大氣壓小得多的氣體壓力的工具稱為真空計(jì)或真空規(guī)真空計(jì)或真空規(guī)。p氣體成分分析和分壓力測(cè)量氣體成分分析和分壓力測(cè)量氣體成分分析氣體成分分析：定性地判斷定性地判斷殘余氣體中包含有哪些種類殘余氣體中包含有哪些種類氣體成分氣體成分并并估計(jì)估計(jì)各自各自所占的比例所占的比例。分壓力測(cè)量分壓

3、力測(cè)量：指能滿足一定精度要求的指能滿足一定精度要求的定量測(cè)定定量測(cè)定各種氣體成分的各種氣體成分的分壓力值分壓力值。真空計(jì)的分類及測(cè)量范圍真空計(jì)的分類及測(cè)量范圍p真空計(jì)的分類真空計(jì)的分類l 絕對(duì)真空計(jì)和相對(duì)真空計(jì)絕對(duì)真空計(jì)和相對(duì)真空計(jì)（按真空計(jì)讀數(shù)的刻度方法進(jìn)行分類）（按真空計(jì)讀數(shù)的刻度方法進(jìn)行分類）l 絕對(duì)真空計(jì)：絕對(duì)真空計(jì)：如如u u形管壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)、熱輻射式真空計(jì)等形管壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)、熱輻射式真空計(jì)等l 相對(duì)真空計(jì)：相對(duì)真空計(jì)：如熱傳導(dǎo)真空計(jì)、電離真空計(jì)等如熱傳導(dǎo)真空計(jì)、電離真空計(jì)等l直接測(cè)量真空計(jì)和間接測(cè)量真空計(jì)直接測(cè)量真空計(jì)和間接測(cè)量真空計(jì)（按真空計(jì)的測(cè)量原理（按真空計(jì)的

4、測(cè)量原理) )A.A.直接測(cè)量真空計(jì)直接測(cè)量真空計(jì)：以直接測(cè)量單位面積上的力為原理以直接測(cè)量單位面積上的力為原理如靜態(tài)液位真空計(jì)、彈性元件真空計(jì)等；如靜態(tài)液位真空計(jì)、彈性元件真空計(jì)等；B.B.間接測(cè)量真空計(jì)：間接測(cè)量真空計(jì)：通過(guò)低壓下與氣體壓力有關(guān)的物理量的變化來(lái)間通過(guò)低壓下與氣體壓力有關(guān)的物理量的變化來(lái)間接地測(cè)量出壓力的變化接地測(cè)量出壓力的變化如壓縮式真空計(jì)、熱傳導(dǎo)真空計(jì)、熱輻射真空計(jì)、電離真空計(jì)、分壓如壓縮式真空計(jì)、熱傳導(dǎo)真空計(jì)、熱輻射真空計(jì)、電離真空計(jì)、分壓力真空計(jì)等力真空計(jì)等。10-1010210410-2110-410-610-8真空測(cè)量的特點(diǎn)真空測(cè)量的特點(diǎn)p測(cè)量范圍寬測(cè)量范圍寬 真

5、空技術(shù)的發(fā)展已可獲得1.1105 Pa直至10 -13Pa，寬達(dá)18個(gè)數(shù)量級(jí)的壓力范圍。不可能依靠一種測(cè)量原理和一種真空計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)范圍的真空度測(cè)量。不同種類的真空計(jì)對(duì)應(yīng)各自不同的壓力不同種類的真空計(jì)對(duì)應(yīng)各自不同的壓力測(cè)量范圍，即有不同的量程測(cè)量范圍，即有不同的量程。p多為間接測(cè)量多為間接測(cè)量除了壓力較高的真空區(qū)域壓力較高的真空區(qū)域(10510Pa)，采用壓力采用壓力的直接測(cè)量的直接測(cè)量外，大部分低壓空間氣體的測(cè)量大部分低壓空間氣體的測(cè)量都是利用低壓下氣體的某些特性（如熱傳導(dǎo)、電離等）進(jìn)行間接的真空度測(cè)量進(jìn)行間接的真空度測(cè)量，對(duì)相對(duì)真空計(jì)的校準(zhǔn)工作就顯得更為重要。p采用電測(cè)技術(shù)采用電測(cè)技術(shù)測(cè)量

6、反應(yīng)迅速，靈敏度高，自動(dòng)化。p測(cè)量值與氣體種類有關(guān)測(cè)量值與氣體種類有關(guān)大部分真空計(jì)的讀數(shù)與被測(cè)氣體的種類和相關(guān)成分有關(guān).p測(cè)量精度不高測(cè)量精度不高在間接測(cè)量壓力間接測(cè)量壓力的過(guò)程中，往往需要引進(jìn)外加能量（如熱能、電能、機(jī)械能、放射能等等）。由于這些外加能量的引這些外加能量的引用用將不可避免產(chǎn)生測(cè)量誤差產(chǎn)生測(cè)量誤差，而稀薄氣體所能產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)本身很稀薄氣體所能產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)本身很微弱微弱。真空計(jì)的測(cè)量精度遠(yuǎn)比其他的物理儀器的測(cè)量精度。液體真空計(jì)液體真空計(jì)壓縮式真空計(jì)壓縮式真空計(jì)phg結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖A A: :一根與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接的開管一根與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接的開管B,D:B,D:內(nèi)徑

7、相同的毛細(xì)管內(nèi)徑相同的毛細(xì)管D:D:測(cè)量毛細(xì)管測(cè)量毛細(xì)管B:B:比較毛細(xì)管比較毛細(xì)管V V: :球泡球泡, ,其體積遠(yuǎn)大于毛細(xì)管其體積遠(yuǎn)大于毛細(xì)管C:C:水銀貯存器水銀貯存器1,21,2：三通閥：三通閥硬質(zhì)玻璃吹制而成硬質(zhì)玻璃吹制而成：水銀密度水銀密度g g：重力加速度重力加速度p結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：p測(cè)量原理：測(cè)量原理：測(cè)量前測(cè)量前 將壓縮式真空計(jì)的導(dǎo)管與被測(cè)系統(tǒng)相連接，將壓縮式真空計(jì)的導(dǎo)管與被測(cè)系統(tǒng)相連接，系系統(tǒng)內(nèi)壓力各處相等，玻璃泡和測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力與待統(tǒng)內(nèi)壓力各處相等，玻璃泡和測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力與待測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的壓力測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的壓力p相等相等。測(cè)量時(shí)測(cè)量時(shí) 通過(guò)活塞通過(guò)活塞2 2抽真空，然后用活塞抽

8、真空，然后用活塞1 1充氣充氣, ,使水銀使水銀儲(chǔ)存器儲(chǔ)存器C C中的水銀上升到覆沒(méi)交叉口中的水銀上升到覆沒(méi)交叉口MMMM，則，則D D、V V和和B B、A A內(nèi)的氣體被隔成兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的氣體被隔成兩個(gè)區(qū)域設(shè)設(shè)M- MM- M以上包括測(cè)量毛細(xì)管和玻璃泡的總體積之和為以上包括測(cè)量毛細(xì)管和玻璃泡的總體積之和為V V當(dāng)繼續(xù)提升水銀時(shí)，玻璃泡內(nèi)的氣體被壓縮，體積開始當(dāng)繼續(xù)提升水銀時(shí)，玻璃泡內(nèi)的氣體被壓縮，體積開始減小，壓力增高；減小，壓力增高；當(dāng)水銀面停在如圖所示的位置時(shí)，測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)氣體體當(dāng)水銀面停在如圖所示的位置時(shí)，測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)氣體體積為積為VlVl，壓力為，壓力為P2P2，而比較，而比較，毛細(xì)管

9、內(nèi)氣體壓力仍為毛細(xì)管內(nèi)氣體壓力仍為p p測(cè)量毛細(xì)管和比較毛細(xì)管液面高度差測(cè)量毛細(xì)管和比較毛細(xì)管液面高度差 h= H-h h= H-h則測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力則測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力= = 液體真空計(jì)液體真空計(jì)壓縮式真空計(jì)壓縮式真空計(jì)根據(jù)根據(jù)波義耳定律波義耳定律可寫出可寫出)()(1112phgVVpVphgVppV因?yàn)橐话阌靡驗(yàn)橐话阌脡嚎s式真空計(jì)測(cè)量低壓壓縮式真空計(jì)測(cè)量低壓，即，即pg gh h，故等式右邊項(xiàng)中的，故等式右邊項(xiàng)中的p可以忽略可以忽略)()(11hgVVphgVVp421HdV)1005. 14Vd(K)()(42522VdghHKHhHgHVdpP-P-待測(cè)壓力待測(cè)壓力(Pa)(Pa)

10、H,h-H,h-液面差（液面差（m)m)K-K-真空計(jì)常數(shù)（真空計(jì)常數(shù)（Pa/mPa/m2 2) )液體真空計(jì)壓縮式真空計(jì)hKdphd21p壓縮式真空計(jì)測(cè)量刻度方法及靈敏度壓縮式真空計(jì)測(cè)量刻度方法及靈敏度l壓縮式真空計(jì)靈敏度壓縮式真空計(jì)靈敏度:單位壓力變化所對(duì)應(yīng)的水銀液?jiǎn)挝粔毫ψ兓鶎?duì)應(yīng)的水銀液面高度的變化面高度的變化dh/dph/dp；l測(cè)量刻度方法測(cè)量刻度方法：壓縮式真空計(jì)的刻度按測(cè)量時(shí)所選定壓縮式真空計(jì)的刻度按測(cè)量時(shí)所選定的水銀面基準(zhǔn)位置的不同的水銀面基準(zhǔn)位置的不同；A.A.平方刻度法平方刻度法: :在測(cè)量時(shí)將比較毛細(xì)管內(nèi)的水銀面提升到測(cè)量毛細(xì)管在測(cè)量時(shí)將比較毛細(xì)管內(nèi)的水銀面提升到測(cè)量毛

11、細(xì)管內(nèi)頂點(diǎn)高度處進(jìn)行讀數(shù)的一種方法。內(nèi)頂點(diǎn)高度處進(jìn)行讀數(shù)的一種方法。由于由于p與與h h平方成正比關(guān)系，故平方成正比關(guān)系，故稱為平方刻度法稱為平方刻度法.平方刻度法靈敏度平方刻度法靈敏度: :平方刻度時(shí)靈敏度與水銀液面高度差平方刻度時(shí)靈敏度與水銀液面高度差h h有關(guān)有關(guān)，即與被測(cè)壓力有關(guān)即與被測(cè)壓力有關(guān)。最最高靈敏度高靈敏度出現(xiàn)在出現(xiàn)在最小的最小的h h值值上，即出現(xiàn)在上，即出現(xiàn)在低壓力時(shí)低壓力時(shí)。而且，。而且，降低降低K也也可以提高靈敏度可以提高靈敏度，也就是應(yīng)，也就是應(yīng)增大玻璃泡的容積增大玻璃泡的容積V和和減小毛細(xì)管的直徑減小毛細(xì)管的直徑d)1005. 1(K25Vd液體真空計(jì)液體真空計(jì)壓

12、縮式真空計(jì)壓縮式真空計(jì)p測(cè)量刻度方法及靈敏度測(cè)量刻度方法及靈敏度B. B. 直線刻度法直線刻度法: :將水銀面提升到測(cè)量毛細(xì)管的某一參考點(diǎn)將水銀面提升到測(cè)量毛細(xì)管的某一參考點(diǎn)（規(guī)定為基準(zhǔn)線）處時(shí)進(jìn)行讀數(shù)，即令（規(guī)定為基準(zhǔn)線）處時(shí)進(jìn)行讀數(shù)，即令H為常數(shù)，為常數(shù)，KHKhKhHKhHKHpLLL令)()(直線直線刻度法靈敏度刻度法靈敏度: :LKdphd21此時(shí)，因此時(shí)，因p與與h h成直線關(guān)系，成直線關(guān)系，故稱直線刻度法故稱直線刻度法。靈敏度與靈敏度與h h無(wú)關(guān)，即在全量程上各點(diǎn)靈敏度都恒定不變無(wú)關(guān)，即在全量程上各點(diǎn)靈敏度都恒定不變。p壓縮式真空計(jì)的注意問(wèn)題壓縮式真空計(jì)的注意問(wèn)題l不能用于測(cè)量蒸

13、氣壓力不能用于測(cè)量蒸氣壓力（因?yàn)榇蟛糠终魵獠蛔袷夭x耳定律）（因?yàn)榇蟛糠终魵獠蛔袷夭x耳定律）l兩根毛細(xì)管要求具有相同的直徑兩根毛細(xì)管要求具有相同的直徑（可以減少毛細(xì)作用引起的誤差）（可以減少毛細(xì)作用引起的誤差）l與高真空的連接處要加上冷阱與高真空的連接處要加上冷阱（防止水銀蒸汽進(jìn)入高真空部分，室溫下水（防止水銀蒸汽進(jìn)入高真空部分，室溫下水銀蒸氣壓達(dá)銀蒸氣壓達(dá)10-3-3Torr)Torr)直線刻度的基準(zhǔn)線位置是可以任意選定的。出于擴(kuò)展量程和提高靈敏度的需要，同直線刻度的基準(zhǔn)線位置是可以任意選定的。出于擴(kuò)展量程和提高靈敏度的需要，同一臺(tái)壓縮真空計(jì)可以同時(shí)選定多個(gè)一臺(tái)壓縮真空計(jì)可以同時(shí)選定多個(gè)H

14、作為基準(zhǔn)，因此也就對(duì)應(yīng)有多個(gè)刻度尺。作為基準(zhǔn)，因此也就對(duì)應(yīng)有多個(gè)刻度尺?；鶞?zhǔn)線基準(zhǔn)線位置越低，即位置越低，即H越大，真空計(jì)常數(shù)越大，真空計(jì)常數(shù)K也就越大也就越大變形真空計(jì)變形真空計(jì)p彈性變形真空計(jì)彈性變形真空計(jì)利用利用彈性元件彈性元件在在壓力差作用下產(chǎn)生壓力差作用下產(chǎn)生彈性變形彈性變形的原理而制成的一種的原理而制成的一種直測(cè)量真空計(jì)直測(cè)量真空計(jì)，可以在壓力為，可以在壓力為l05l0Pa的范圍內(nèi)進(jìn)行的范圍內(nèi)進(jìn)行低真空測(cè)量低真空測(cè)量。p特點(diǎn)特點(diǎn)規(guī)管靈敏度規(guī)管靈敏度與氣體種類無(wú)關(guān)與氣體種類無(wú)關(guān)；對(duì)被測(cè)系統(tǒng)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)干擾少干擾少（由于其自身的吸氣與放氣均較?。?；（由于其自身的吸氣與放氣均較小）；可對(duì)可

15、對(duì)腐蝕性氣體和可凝性蒸氣進(jìn)行測(cè)量腐蝕性氣體和可凝性蒸氣進(jìn)行測(cè)量；A.A.根據(jù)彈性元件結(jié)構(gòu)的不同根據(jù)彈性元件結(jié)構(gòu)的不同：彈簧管式、膜盒式和膜片式彈簧管式、膜盒式和膜片式B.B.根據(jù)根據(jù)彈性變形量的測(cè)量方式劃分彈性變形量的測(cè)量方式劃分：機(jī)械傳動(dòng)式和電量測(cè)量式機(jī)械傳動(dòng)式和電量測(cè)量式p類別類別電量測(cè)量式電量測(cè)量式: :連續(xù)遠(yuǎn)距離測(cè)量，測(cè)量的靈敏度高。連續(xù)遠(yuǎn)距離測(cè)量，測(cè)量的靈敏度高。變形量與電信號(hào)間的變送方式變形量與電信號(hào)間的變送方式：電感式、壓電式、電阻應(yīng)變式和電容式。電感式、壓電式、電阻應(yīng)變式和電容式。尤其是利用電容法所制成的尤其是利用電容法所制成的電容式薄膜真空計(jì)電容式薄膜真空計(jì)，已經(jīng)逐漸地，已經(jīng)

16、逐漸地代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式薄膜真空計(jì)，獲得了廣泛的應(yīng)用代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式薄膜真空計(jì)，獲得了廣泛的應(yīng)用變形真空計(jì)變形真空計(jì) 電容式薄膜規(guī)管電容式薄膜規(guī)管p電容式薄膜規(guī)管電容式薄膜規(guī)管通過(guò)測(cè)量壓強(qiáng)差壓強(qiáng)差引起金屬薄膜的偏移偏移，從而改變電容器電容電容器電容來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)測(cè)量壓強(qiáng)。“絕對(duì)式絕對(duì)式”電容規(guī)電容規(guī)：將薄膜的一邊密封成參考真空；“差動(dòng)式差動(dòng)式”電容規(guī)電容規(guī)：薄膜的兩邊均通入氣體；p類型類型：p測(cè)量原理測(cè)量原理l 原理：原理：電極薄膜電極薄膜將空間分成互相密封的測(cè)量和測(cè)量和比較比較兩個(gè)小室，固定電極和活動(dòng)電極薄膜構(gòu)成差動(dòng)電固定電極和活動(dòng)電極薄膜構(gòu)成差動(dòng)電容器容器并作為電橋的兩個(gè)活動(dòng)橋臂兩個(gè)活動(dòng)橋臂

17、。活動(dòng)電極處于中間位置時(shí)，兩個(gè)電容器的電容量相等，活動(dòng)電極由于壓差作用偏離中間位置時(shí)，一個(gè)電容器的電容增加而另一個(gè)電容器的電容減小，電容變化造成電橋不平衡電容變化造成電橋不平衡，產(chǎn)生輸出輸出電壓電壓，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)達(dá)到測(cè)量壓強(qiáng)測(cè)量壓強(qiáng)的目的。l 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同圓形固定電極固定電極和一個(gè)公用的活動(dòng)電極活動(dòng)電極所組成。p電容輸出與位移變化之間的關(guān)系電容輸出與位移變化之間的關(guān)系變形真空計(jì)變形真空計(jì) 電容式薄膜規(guī)管電容式薄膜規(guī)管平行板電容器電容平行板電容器電容0200dRdSC當(dāng)間隙當(dāng)間隙d d0 0變化變化d d時(shí)，膜片兩側(cè)電容器時(shí)，膜片兩側(cè)電容器的電容相應(yīng)地將增加或減小的電容相應(yīng)地

18、將增加或減小C C1 1和和C C2 2。差動(dòng)電容器電容相對(duì)變化方程差動(dòng)電容器電容相對(duì)變化方程.503000ddddddCC電容器輸出電容的電容器輸出電容的相對(duì)變化與輸入位移之間相對(duì)變化與輸入位移之間的關(guān)系是的關(guān)系是非線性非線性的，采用的，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)差動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以，可以消除非線性偶次項(xiàng)消除非線性偶次項(xiàng), , 改善輸出與輸入之間的非線性改善輸出與輸入之間的非線性. .如果限制活動(dòng)電極薄膜在較小的如果限制活動(dòng)電極薄膜在較小的d d范圍內(nèi)變化使范圍內(nèi)變化使d/dd/d0 01 1, , 特性方程中特性方程中各非線性項(xiàng)忽略不計(jì)各非線性項(xiàng)忽略不計(jì)，電容器輸出與輸入之間的特性電容器輸出與輸入之間的特性，

19、可以，可以近似成線性關(guān)系近似成線性關(guān)系。)1/( ,0000ddCCKdKddCC其中K K電容器靈敏度電容器靈敏度（表示單位輸出位移能引起電容相對(duì)變化的大?。ū硎締挝惠敵鑫灰颇芤痣娙菹鄬?duì)變化的大?。﹑電容式薄膜真空計(jì)的特點(diǎn)電容式薄膜真空計(jì)的特點(diǎn)變形真空計(jì)變形真空計(jì) 電容式薄膜規(guī)管電容式薄膜規(guī)管l 電容式薄膜真空計(jì)為全壓計(jì)電容式薄膜真空計(jì)為全壓計(jì)（所測(cè)結(jié)果是氣體與蒸氣的全壓強(qiáng)）（所測(cè)結(jié)果是氣體與蒸氣的全壓強(qiáng)）l 測(cè)量結(jié)果與氣體成分無(wú)關(guān)測(cè)量結(jié)果與氣體成分無(wú)關(guān); ;l 測(cè)量精度高測(cè)量精度高（一一 般不大于般不大于0.1%2%）;l 反應(yīng)速度快反應(yīng)速度快(小于小于2100ms);l 溫度影響小溫

20、度影響小;l 測(cè)量范圍寬測(cè)量范圍寬（測(cè)量下限可達(dá)測(cè)量下限可達(dá)10-3l0-2Pa）；）；l 特殊氣體壓力的測(cè)量特殊氣體壓力的測(cè)量（適合于對(duì)有氧、水蒸氣及油蒸氣等）適合于對(duì)有氧、水蒸氣及油蒸氣等）l 用作標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)用作標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)（由于其性能穩(wěn)定，重復(fù)性好）（由于其性能穩(wěn)定，重復(fù)性好）熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)p基本原理基本原理氣體的熱傳導(dǎo)與其壓強(qiáng)有關(guān)氣體的熱傳導(dǎo)與其壓強(qiáng)有關(guān)d分子平均自由程長(zhǎng)于特征尺寸，氣體熱分子平均自由程長(zhǎng)于特征尺寸，氣體熱傳導(dǎo)現(xiàn)象與其壓強(qiáng)有關(guān)傳導(dǎo)現(xiàn)象與其壓強(qiáng)有關(guān)lrgQQQQQ Q熱絲輸入電功率熱絲輸入電功率QgQg氣體熱傳導(dǎo)氣體熱傳導(dǎo)耗散的熱量耗散的熱量Q Qr r熱絲輻射熱

21、絲輻射耗散的熱量耗散的熱量Q Ql l邊桿導(dǎo)熱邊桿導(dǎo)熱耗散的熱量耗散的熱量Qg g與壓強(qiáng)有關(guān)，而與壓強(qiáng)有關(guān)，而Qr r, Q, Ql l與壓強(qiáng)沒(méi)有直接關(guān)系與壓強(qiáng)沒(méi)有直接關(guān)系基本形式基本形式：熱絲溫度或其相關(guān)量來(lái)確定氣體壓強(qiáng)熱絲溫度或其相關(guān)量來(lái)確定氣體壓強(qiáng)在一管泡中由邊桿支撐著一根熱絲，熱絲通電加熱熱絲通電加熱，使其溫度高于周圍氣體及管泡溫度，在熱絲與管泡間發(fā)生氣熱絲與管泡間發(fā)生氣體熱傳導(dǎo)作用體熱傳導(dǎo)作用。當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，熱絲的溫度與氣體熱傳導(dǎo)有關(guān)熱絲的溫度與氣體熱傳導(dǎo)有關(guān)，與氣體壓強(qiáng)有關(guān)，由熱絲溫度或其相關(guān)量來(lái)確定氣體壓強(qiáng)。由熱絲溫度或其相關(guān)量來(lái)確定氣體壓強(qiáng)。21222)(rTTKPaQ224

22、114222)(lrTTQrdldTAKQwl0478. 0oTT2T1r2r1（r r2 2r r1 1；K K自由分子熱傳導(dǎo)系數(shù)自由分子熱傳導(dǎo)系數(shù)）（ 1 1管泡全輻射系數(shù)；管泡全輻射系數(shù)； 1 1熱絲全輻射系數(shù)；熱絲全輻射系數(shù)； 常數(shù)常數(shù)）（K KW W導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù);A0 0截面積截面積;dT/dl溫度梯度溫度梯度）熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)p熱傳導(dǎo)熱量散失熱傳導(dǎo)熱量散失Q Q與壓力與壓力p p的關(guān)系的關(guān)系l 低真空范圍內(nèi)低真空范圍內(nèi)( ( d) d) 導(dǎo)熱能力隨壓力有明確的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系導(dǎo)熱能力隨壓力有明確的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系）l 壓力測(cè)量的下限為壓力測(cè)量的下限為1010-1-1-10-10

23、-2-2PaPa（進(jìn)入高真空（進(jìn)入高真空( d)d) ，氣體分子散熱量與壓力成，氣體分子散熱量與壓力成正比，但總散熱能力已極低。正比，但總散熱能力已極低。Qg變得很小，所能引起的熱絲溫度變化也自然很小，這種變化已變得很小，所能引起的熱絲溫度變化也自然很小，這種變化已無(wú)法從噪聲中檢測(cè)出來(lái)時(shí)無(wú)法從噪聲中檢測(cè)出來(lái)時(shí)) )p熱傳導(dǎo)真空計(jì)特點(diǎn)及類別熱傳導(dǎo)真空計(jì)特點(diǎn)及類別熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和使用操作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和使用操作；規(guī)管工作溫度和工作電壓低規(guī)管工作溫度和工作電壓低（沒(méi)有顯著的熱放氣和電（沒(méi)有顯著的熱放氣和電清除現(xiàn)象，熱絲在突然暴露大氣時(shí)也不易被燒毀）；清除現(xiàn)象，熱絲在突

24、然暴露大氣時(shí)也不易被燒毀）；所測(cè)讀數(shù)為全壓力所測(cè)讀數(shù)為全壓力；遠(yuǎn)距離、連續(xù)測(cè)量遠(yuǎn)距離、連續(xù)測(cè)量；l 特點(diǎn)測(cè)量受外界溫度影響較大測(cè)量受外界溫度影響較大（規(guī)管安裝于不易受到輻射或規(guī)管安裝于不易受到輻射或?qū)α鱾鳠岬奈恢茫?；?duì)流傳熱的位置）；熱絲具有一定的熱慣性熱絲具有一定的熱慣性（壓力變化時(shí)熱絲溫度的改變常壓力變化時(shí)熱絲溫度的改變常滯后一些時(shí)間，讀數(shù)亦滯后一些時(shí)間）；滯后一些時(shí)間，讀數(shù)亦滯后一些時(shí)間）；讀數(shù)刻度需要校準(zhǔn)的相對(duì)真空計(jì)讀數(shù)刻度需要校準(zhǔn)的相對(duì)真空計(jì)（校準(zhǔn)曲線為非線性，校準(zhǔn)曲線為非線性，并因氣體種類而異，對(duì)空氣的校準(zhǔn)曲線不能直接用于其他氣體并因氣體種類而異，對(duì)空氣的校準(zhǔn)曲線不能直接用于其他氣

25、體）及時(shí)校準(zhǔn)及時(shí)校準(zhǔn)（熱絲易因表面被沾污而老化熱絲易因表面被沾污而老化）；）；l 類別類別根據(jù)熱絲溫度測(cè)量方法的不同根據(jù)熱絲溫度測(cè)量方法的不同電阻真空計(jì)：電阻真空計(jì)：測(cè)量熱絲電阻隨溫度變化的電阻真空計(jì)測(cè)量熱絲電阻隨溫度變化的電阻真空計(jì)熱電偶真空計(jì)：熱電偶真空計(jì)：采用熱電偶直接測(cè)量熱絲溫度的熱電偶真空計(jì)采用熱電偶直接測(cè)量熱絲溫度的熱電偶真空計(jì)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)缺點(diǎn):熱傳導(dǎo)真空計(jì)電阻真空計(jì)（皮喇尼真空規(guī)）p結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為l0l04 4l l0 0-1-1PaPa（熱絲電阻的變化反（熱絲電阻的變化反映氣體壓力變化的一種熱傳導(dǎo)真空計(jì)）映氣體壓力變化的一種熱傳導(dǎo)真空計(jì)）l 在規(guī)管殼內(nèi)封裝一個(gè)

26、用在規(guī)管殼內(nèi)封裝一個(gè)用電阻溫度系數(shù)高的電阻絲電阻溫度系數(shù)高的電阻絲繞制的繞制的圓柱圓柱螺旋形螺旋形熱絲，熱絲兩端用引線引出規(guī)管，接測(cè)量線路熱絲，熱絲兩端用引線引出規(guī)管，接測(cè)量線路；l 電阻絲電阻絲：常用的熱絲材料有鎢、鉑和鎳三種：常用的熱絲材料有鎢、鉑和鎳三種；l 管殼管殼：規(guī)管殼可用：規(guī)管殼可用金屬或玻璃金屬或玻璃制成；制成；p測(cè)量范圍測(cè)量范圍規(guī)管規(guī)管和和測(cè)量線路測(cè)量線路金屬外殼金屬外殼優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：耐用、拆卸熱絲方便等，耐用、拆卸熱絲方便等，缺點(diǎn)缺點(diǎn)：密封性能較差、價(jià)格高密封性能較差、價(jià)格高；玻璃外殼玻璃外殼優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：密封性能好、價(jià)格低等，密封性能好、價(jià)格低等，缺點(diǎn)缺點(diǎn)：易損壞。易損壞。l 測(cè)

27、量線路測(cè)量線路采用采用惠氏電橋或文氏電橋惠氏電橋或文氏電橋熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)電阻真空計(jì)電阻真空計(jì)（皮喇尼真空規(guī)（皮喇尼真空規(guī)）p工作模式工作模式（根據(jù)測(cè)量熱絲電阻變化的方法不同）（根據(jù)測(cè)量熱絲電阻變化的方法不同）l定電壓法：定電壓法：保持電橋兩端保持電橋兩端電壓不變電壓不變，失平衡，失平衡電流與壓力的關(guān)系電流與壓力的關(guān)系；l定電流法定電流法：保持熱絲保持熱絲電流不變電流不變，失平衡，失平衡電壓與壓力的關(guān)系電壓與壓力的關(guān)系；l定電阻法（即定溫度法）：定電阻法（即定溫度法）：在任何壓力下都用改變電橋電在任何壓力下都用改變電橋電壓的方法，保持電橋處于平衡狀態(tài)壓的方法，保持電橋處于平衡狀態(tài)。電橋

28、電壓與壓力的關(guān)系即為校準(zhǔn)曲線。電橋電壓與壓力的關(guān)系即為校準(zhǔn)曲線優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：熱絲電阻及其溫度基本為定值，具有熱輻射及邊桿導(dǎo)熱均為恒定熱絲電阻及其溫度基本為定值，具有熱輻射及邊桿導(dǎo)熱均為恒定p舉例舉例定溫型電阻真空計(jì)定溫型電阻真空計(jì)l測(cè)量線路測(cè)量線路Rw-Rw-規(guī)管規(guī)管Rv-Rv-可變電阻可變電阻R1,R2-R1,R2-電阻電阻CB-CB-指示儀表指示儀表E-E-電源電源l工作原理工作原理p在在10-2-2l0-3-3PaPa真空度時(shí)電橋調(diào)于真空度時(shí)電橋調(diào)于一定的電壓一定的電壓U U0 0（熱熱絲溫度為一定值絲溫度為一定值）。）。p改變電阻改變電阻Rv使使電橋平衡電橋平衡，即指示儀表，即指示儀表CB

29、指零。指零。p當(dāng)壓力增高時(shí)，熱損耗大，熱絲溫度降低，電阻變當(dāng)壓力增高時(shí)，熱損耗大，熱絲溫度降低，電阻變小，電橋失去平衡，小，電橋失去平衡，CB有指示。有指示。增高電橋輸入電壓增高電橋輸入電壓至至U U使電橋再次平衡使電橋再次平衡，則，則熱絲溫度及電阻恢復(fù)原值熱絲溫度及電阻恢復(fù)原值。p氣體壓力氣體壓力p與電橋電壓的平方差呈線性關(guān)系與電橋電壓的平方差呈線性關(guān)系。熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱偶真空計(jì)熱偶真空計(jì)p基本基本原理原理（借助于熱電偶直接測(cè)量借助于熱電偶直接測(cè)量熱絲溫度的變化熱絲溫度的變化，熱電偶產(chǎn)生，熱電偶產(chǎn)生的的熱電勢(shì)熱電勢(shì)就用于表征規(guī)管內(nèi)的就用于表征規(guī)管內(nèi)的壓力壓力）p結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（熱偶式規(guī)管

30、和測(cè)量線路）熱偶式規(guī)管和測(cè)量線路）1 1：熱絲熱絲2 2：熱電偶熱電偶3 3：管殼管殼4 4：毫伏表毫伏表5 5：限流電阻限流電阻6 6：毫安表毫安表7 7：穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源測(cè)量時(shí)規(guī)管熱絲通以一定的測(cè)量時(shí)規(guī)管熱絲通以一定的加熱電流加熱電流。在。在較低壓力較低壓力下下(r r2 2) )，熱絲溫度及熱電偶電勢(shì)熱絲溫度及熱電偶電勢(shì)E E決定于規(guī)管內(nèi)的決定于規(guī)管內(nèi)的壓力壓力p p。當(dāng)壓力降低時(shí)，當(dāng)壓力降低時(shí)，氣體分子傳導(dǎo)氣體分子傳導(dǎo)走的熱量減少，走的熱量減少，熱絲溫度熱絲溫度隨之升隨之升高，故高，故熱電偶電勢(shì)熱電偶電勢(shì)E E增大。反之，熱電偶電勢(shì)增大。反之，熱電偶電勢(shì)E E減小。減小。p舉例舉例國(guó)產(chǎn)

31、國(guó)產(chǎn)DL-3型熱偶計(jì)規(guī)管型熱偶計(jì)規(guī)管l熱絲材料熱絲材料規(guī)管熱絲的工作溫度為規(guī)管熱絲的工作溫度為100200，在工作溫度和較高壓力下具有足夠的在工作溫度和較高壓力下具有足夠的物理和化學(xué)物理和化學(xué)穩(wěn)定性穩(wěn)定性以及以及較小的電阻溫度系數(shù)較小的電阻溫度系數(shù)常用的材料有：鉑絲、鎢絲和鎳絲（鉑絲最好常用的材料有：鉑絲、鎢絲和鎳絲（鉑絲最好）l熱電偶熱電偶 在工作溫度范圍內(nèi)有足夠的在工作溫度范圍內(nèi)有足夠的靈敏度和物理、化學(xué)穩(wěn)定性，零靈敏度和物理、化學(xué)穩(wěn)定性，零散小散小并能并能大量生產(chǎn)大量生產(chǎn)等。等。常用的材料常用的材料有康銅有康銅(鎳鎳45%，銅，銅55%) -鎳鉻合金鎳鉻合金(鎳鎳85%，鉻，鉻15%)；

32、鉑銠一鉑；銅一康銅；鎳鉻合金一鋁鎳合金等；鉑銠一鉑；銅一康銅；鎳鉻合金一鋁鎳合金等熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱偶真空計(jì)p熱偶真空計(jì)工作特性熱偶真空計(jì)工作特性 壓力一熱偶電勢(shì)對(duì)應(yīng)值壓力一熱偶電勢(shì)對(duì)應(yīng)值（難以用計(jì)算方法精確求得難以用計(jì)算方法精確求得）；）；需需絕對(duì)真空計(jì)校準(zhǔn)絕對(duì)真空計(jì)校準(zhǔn)（在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下）；）；按照按照p-Ep-E校準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)曲線（將毫伏計(jì)將毫伏計(jì)的刻度改成真空度，數(shù)顯式儀，數(shù)顯式儀表直接顯示出壓力讀數(shù)）表直接顯示出壓力讀數(shù)）l熱偶真空計(jì)熱偶真空計(jì)（需要校準(zhǔn)的需要校準(zhǔn)的相對(duì)真空計(jì)）相對(duì)真空計(jì)）當(dāng)壓力從當(dāng)壓力從0.1MPa0.1MPa開始逐步降低時(shí)開始逐步降低時(shí)，在一段壓力范圍在

33、一段壓力范圍內(nèi)熱偶電勢(shì)內(nèi)熱偶電勢(shì)E一直在零值附近一直在零值附近。（。（其原因是氣體分子多，傳其原因是氣體分子多，傳導(dǎo)走的熱量多，因而熱絲溫度低，熱偶電勢(shì)導(dǎo)走的熱量多，因而熱絲溫度低，熱偶電勢(shì)E亦低，此時(shí)亦低，此時(shí)(r1 1) )熱熱傳導(dǎo)與壓力無(wú)關(guān)，故熱偶電勢(shì)傳導(dǎo)與壓力無(wú)關(guān)，故熱偶電勢(shì)E在起始一段壓力范圍內(nèi)不變化在起始一段壓力范圍內(nèi)不變化；）；）當(dāng)壓力降至當(dāng)壓力降至l02 2 Pa Pa時(shí)，熱偶電勢(shì)時(shí)，熱偶電勢(shì)E開始增大開始增大。（。（這是由這是由于此時(shí)氣體傳導(dǎo)走的熱量減少，熱絲溫度已升高。當(dāng)壓力繼續(xù)降低于此時(shí)氣體傳導(dǎo)走的熱量減少，熱絲溫度已升高。當(dāng)壓力繼續(xù)降低時(shí)，熱偶電勢(shì)繼續(xù)增大，但是越來(lái)越緩

34、慢，最后趨于一定值。時(shí)，熱偶電勢(shì)繼續(xù)增大，但是越來(lái)越緩慢，最后趨于一定值。）p p再降低，再降低，E不再變化，即熱偶真空計(jì)已達(dá)到其測(cè)量不再變化，即熱偶真空計(jì)已達(dá)到其測(cè)量極限極限。（。（約為約為10-1-1 Pa Pa）lp-Ep-E校準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)曲線國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)DL-3DL-3型（對(duì)于干燥空氣型（對(duì)于干燥空氣) )熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱偶真空計(jì)熱偶真空計(jì)p影響測(cè)量的因素影響測(cè)量的因素l規(guī)管加熱電流規(guī)管加熱電流( (影響影響靈敏度和測(cè)量范圍靈敏度和測(cè)量范圍) )加熱電流增大，規(guī)管靈敏度提高，能測(cè)較高的壓力，加熱電流增大，規(guī)管靈敏度提高，能測(cè)較高的壓力，測(cè)量范圍變窄測(cè)量范圍變窄( (加熱電流減小，規(guī)

35、管靈敏度降低，能測(cè)量加熱電流減小，規(guī)管靈敏度降低，能測(cè)量較低壓力，測(cè)量范圍較寬較低壓力，測(cè)量范圍較寬) )毫伏表的指示直接給出被測(cè)系統(tǒng)的壓力毫伏表的指示直接給出被測(cè)系統(tǒng)的壓力( (在一定加熱在一定加熱電流的情況下熱電偶電勢(shì)電流的情況下熱電偶電勢(shì)E E與壓力的關(guān)系與壓力的關(guān)系) )。l氣體的種類氣體的種類( (不同氣體分子的導(dǎo)熱系數(shù)不同不同氣體分子的導(dǎo)熱系數(shù)不同) )相對(duì)靈敏度相對(duì)靈敏度： 各種氣體的各種氣體的P-EP-E校準(zhǔn)曲線形狀都類同校準(zhǔn)曲線形狀都類同根根據(jù)干燥空氣（或氮?dú)猓┛潭鹊膲毫ψx數(shù)，再乘以相應(yīng)的被測(cè)據(jù)干燥空氣（或氮?dú)猓┛潭鹊膲毫ψx數(shù)，再乘以相應(yīng)的被測(cè)氣體相對(duì)靈敏度氣體相對(duì)靈敏度，得

36、到氣體的實(shí)際壓力，得到氣體的實(shí)際壓力( (氣體分子中具有相同原氣體分子中具有相同原子數(shù)的氣體或蒸氣，其相對(duì)靈敏度子數(shù)的氣體或蒸氣，其相對(duì)靈敏度SrSr隨分子量的增大而增大隨分子量的增大而增大）readrrealpSpp preadread：以干燥空氣刻度的壓力計(jì)讀數(shù)；以干燥空氣刻度的壓力計(jì)讀數(shù)；p prealreal：被測(cè)氣體的實(shí)際壓力被測(cè)氣體的實(shí)際壓力- -SrSr：被測(cè)氣體對(duì)空氣的相對(duì)靈敏度被測(cè)氣體對(duì)空氣的相對(duì)靈敏度B.B.混合氣體的真空度測(cè)量混合氣體的真空度測(cè)量：用熱傳導(dǎo)用熱傳導(dǎo)真空計(jì)對(duì)真空計(jì)對(duì)混合氣體的真空系統(tǒng)測(cè)量混合氣體的真空系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，如果已知混合氣體時(shí)，如果已知混合氣體中各種氣體

37、的中各種氣體的體積百分體積百分ViVi (i (i一一1 1，2 2，3 3，n n）和）和相對(duì)相對(duì)靈敏度靈敏度SriSri，計(jì)算出，計(jì)算出混合氣體對(duì)空氣的相對(duì)靈敏度混合氣體對(duì)空氣的相對(duì)靈敏度SrSr. .根據(jù)根據(jù)直接測(cè)量得到的讀數(shù)，乘以直接測(cè)量得到的讀數(shù)，乘以Sr即為即為混合氣體的實(shí)際真空度混合氣體的實(shí)際真空度。niriirSVS11 電離真空計(jì)電離真空計(jì)利用利用某種手段某種手段使進(jìn)入規(guī)管中的使進(jìn)入規(guī)管中的部分氣體分子發(fā)生電離部分氣體分子發(fā)生電離；收集收集這些離子形成這些離子形成離子流離子流；測(cè)量測(cè)量離子流的大小離子流的大小反映反映被測(cè)氣體的壓力值被測(cè)氣體的壓力值( (被測(cè)氣體分子所被測(cè)氣體

38、分子所產(chǎn)生的離子流在一定壓力范圍內(nèi)與氣體的壓力呈現(xiàn)出正比關(guān)系產(chǎn)生的離子流在一定壓力范圍內(nèi)與氣體的壓力呈現(xiàn)出正比關(guān)系) )電離真空計(jì)是電離真空計(jì)是相對(duì)真空計(jì)相對(duì)真空計(jì)；p普通型電離真空計(jì)普通型電離真空計(jì)( (用在低于用在低于10-1-1PaPa的高真空測(cè)量的高真空測(cè)量) )傳感元件的傳感元件的規(guī)管規(guī)管控制及指示電路所組成的控制及指示電路所組成的測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表p結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)p工作原理工作原理l熱陰極電離真空計(jì)熱陰極電離真空計(jì)：應(yīng)用最廣、依靠高溫陰極熱電子發(fā)射應(yīng)用最廣、依靠高溫陰極熱電子發(fā)射l冷陰極電離真空計(jì)冷陰極電離真空計(jì)：沒(méi)有熱陰極而靠冷發(fā)射（場(chǎng)致發(fā)射）沒(méi)有熱陰極而靠冷發(fā)射（場(chǎng)致發(fā)射）l放射性電離

39、真空計(jì)放射性電離真空計(jì)：采用放射性同位素作為電離源采用放射性同位素作為電離源。p分類分類( (按電離方式的不同按電離方式的不同) )熱陰極計(jì)熱陰極計(jì)普通電離真空計(jì)普通電離真空計(jì)由具有一定由具有一定負(fù)電位的高溫陰極燈絲負(fù)電位的高溫陰極燈絲發(fā)射出來(lái)的電子，發(fā)射出來(lái)的電子，經(jīng)經(jīng)陽(yáng)極加速陽(yáng)極加速后獲得后獲得足夠的能量足夠的能量，在氣體中，在氣體中與分子碰與分子碰撞撞時(shí)，可以引起分子的時(shí)，可以引起分子的電離電離，產(chǎn)生，產(chǎn)生正離子與電子正離子與電子。電離碰撞所產(chǎn)生的電離碰撞所產(chǎn)生的正離子數(shù)與氣體壓力成正比正離子數(shù)與氣體壓力成正比（由由于電子在于電子在一一定的飛行路程中與氣體分子碰撞的次數(shù)，正比于氣體定的飛

40、行路程中與氣體分子碰撞的次數(shù)，正比于氣體分子的密度，也就是正比于氣體的壓力分子的密度，也就是正比于氣體的壓力p，利用收集極將正離子接，利用收集極將正離子接收起來(lái)收起來(lái)）p基本原理基本原理l收集極所接收的離子流收集極所接收的離子流I Ii i（在一定壓力范圍內(nèi)與陰極發(fā)射（在一定壓力范圍內(nèi)與陰極發(fā)射電流電流Ie e和氣體壓力和氣體壓力p呈現(xiàn)線性關(guān)系）呈現(xiàn)線性關(guān)系）pKIIeiI Ii i：收集極所接收的離子流；收集極所接收的離子流；I Ie e：陰極發(fā)射電流；陰極發(fā)射電流；p p：氣體壓力氣體壓力: :K K：電離真空計(jì)規(guī)管系數(shù)，單位為電離真空計(jì)規(guī)管系數(shù)，單位為Pa-1-1( (對(duì)于一定氣體，當(dāng)溫

41、度恒定時(shí)，對(duì)于一定氣體，當(dāng)溫度恒定時(shí)，K為一為一定值。規(guī)管系數(shù)定值。規(guī)管系數(shù)K是經(jīng)校準(zhǔn)得到的）是經(jīng)校準(zhǔn)得到的）熱陰極計(jì)熱陰極計(jì)普通電離真空計(jì)普通電離真空計(jì)p規(guī)管規(guī)管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（把非電量的氣體壓力轉(zhuǎn)變成電量為離子流）（把非電量的氣體壓力轉(zhuǎn)變成電量為離子流）l熱燈絲熱燈絲F F（陰極（陰極) )：發(fā)射出一定數(shù)量電子流發(fā)射出一定數(shù)量電子流I Ie e；l陽(yáng)極陽(yáng)極A A（電子加速陽(yáng)極）（電子加速陽(yáng)極）：產(chǎn)生電子加速場(chǎng)并可收集電子流的產(chǎn)生電子加速場(chǎng)并可收集電子流的；l離子收集極離子收集極C C：相對(duì)于陽(yáng)極相對(duì)于陽(yáng)極A A為負(fù)電位的能收集離子流為負(fù)電位的能收集離子流I Ii i；p舉例舉例國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)DL-2D

42、L-2電離規(guī)管電離規(guī)管燈絲及柵極引線燈絲及柵極引線( (從管底引出從管底引出) )；收集極收集極（從管頂部引出從管頂部引出）；柵極柵極：鉬絲或鎢絲制成雙螺旋狀，鉬絲或鎢絲制成雙螺旋狀，可可直接通電加熱除氣直接通電加熱除氣；收集極收集極：薄鎳皮制成，壓有凹槽薄鎳皮制成，壓有凹槽（為增加剛度為增加剛度）；）；加長(zhǎng)玻璃漏電的加長(zhǎng)玻璃漏電的距離距離（離收集極從頂部引出離收集極從頂部引出，在高真空時(shí)，離子電在高真空時(shí)，離子電流很小，任何漏電都會(huì)給離子流的測(cè)量帶來(lái)誤差流很小，任何漏電都會(huì)給離子流的測(cè)量帶來(lái)誤差）；p測(cè)量范圍測(cè)量范圍：1010-1-11010-5-5PaPap p在在10-1-110-6-6

43、 Pa Pa之間是直線，在此區(qū)間以外發(fā)生彎曲之間是直線，在此區(qū)間以外發(fā)生彎曲熱陰極計(jì)熱陰極計(jì)普通電離真空計(jì)普通電離真空計(jì)p氣體成分對(duì)測(cè)量的影響氣體成分對(duì)測(cè)量的影響l電離真空計(jì)規(guī)管系數(shù)電離真空計(jì)規(guī)管系數(shù)K（與氣體種類有關(guān)）與氣體種類有關(guān)）電離真空計(jì)電離真空計(jì)規(guī)管系數(shù)規(guī)管系數(shù)K與氣體種類有關(guān)與氣體種類有關(guān)（不同氣體有不同的電離截面）（不同氣體有不同的電離截面）電離真空計(jì)的電離真空計(jì)的校準(zhǔn)曲線隨氣體種類不同而異校準(zhǔn)曲線隨氣體種類不同而異。l相對(duì)靈敏度相對(duì)靈敏度S Sr r（取各種氣體的規(guī)管系數(shù)與氮?dú)獾闹龋ㄈ「鞣N氣體的規(guī)管系數(shù)與氮?dú)獾闹龋┤糁辣粶y(cè)氣體相對(duì)靈敏度若知道被測(cè)氣體相對(duì)靈敏度Sr r時(shí)

44、，其真實(shí)壓力為時(shí)，其真實(shí)壓力為用電離真空計(jì)進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，一定要注意被測(cè)氣體種類，否則將產(chǎn)生較大誤差用電離真空計(jì)進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，一定要注意被測(cè)氣體種類，否則將產(chǎn)生較大誤差p操作時(shí)遵守規(guī)則操作時(shí)遵守規(guī)則l測(cè)量上限測(cè)量上限（不得大于（不得大于l0 0-1-1PaPa，測(cè)量下限不應(yīng)低于，測(cè)量下限不應(yīng)低于10-5-5PaPa）若壓力大于若壓力大于l0 0-1-1PaPa，則由于電子平均自由程小，氣體不能電離，故不能反映氣壓；，則由于電子平均自由程小，氣體不能電離，故不能反映氣壓；在高壓中，熱陰極容易中毒，嚴(yán)重時(shí)，陰極會(huì)燒毀；在高壓中，熱陰極容易中毒，嚴(yán)重時(shí)，陰極會(huì)燒毀；測(cè)量下限也不應(yīng)低于測(cè)量下限也不應(yīng)

45、低于10-5-5PaPa，否則，會(huì)產(chǎn)生光電子，造成指示不準(zhǔn)確；，否則，會(huì)產(chǎn)生光電子，造成指示不準(zhǔn)確；l測(cè)量前要除氣測(cè)量前要除氣(5(5l0min)0min)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏氣應(yīng)立即關(guān)閉規(guī)管。發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏氣應(yīng)立即關(guān)閉規(guī)管。l測(cè)量前要進(jìn)行預(yù)熱測(cè)量前要進(jìn)行預(yù)熱（儀器內(nèi)部建立起穩(wěn)定的工作狀態(tài)儀器內(nèi)部建立起穩(wěn)定的工作狀態(tài)）l規(guī)管不要長(zhǎng)期點(diǎn)燃規(guī)管不要長(zhǎng)期點(diǎn)燃（以免燒壞以免燒壞）熱陰極計(jì)熱陰極計(jì)高壓強(qiáng)電離真空計(jì)高壓強(qiáng)電離真空計(jì)（舒茨型）（舒茨型）p擴(kuò)展壓力測(cè)量上限的意義擴(kuò)展壓力測(cè)量上限的意義（測(cè)量高于測(cè)量高于10-l -l PaPa的壓力）的壓力）普通型熱陰極電離真空計(jì)普通型熱陰極電離真空計(jì)（壓力測(cè)量上限為壓力測(cè)

46、量上限為1010-1 -1 PaPa）l測(cè)量高于測(cè)量高于1010-l -l PaPa的壓力的壓力p測(cè)量時(shí)需要兩種規(guī)管測(cè)量時(shí)需要兩種規(guī)管（使用帶來(lái)許多不便使用帶來(lái)許多不便）p1 10 0-l -l PaPa附近壓力附近壓力難以難以準(zhǔn)確準(zhǔn)確（熱偶式真空計(jì)壓力測(cè)量下限與電離真空計(jì)的熱偶式真空計(jì)壓力測(cè)量下限與電離真空計(jì)的測(cè)量上限都是測(cè)量上限都是10-1 Pa，測(cè)量原理不同，在，測(cè)量原理不同，在10-1 Pa處兩種真空計(jì)不銜接的問(wèn)題處兩種真空計(jì)不銜接的問(wèn)題） 不利因素不利因素：10-l Pa真空冶金、真空熱處理、半導(dǎo)體單晶制備真空冶金、真空熱處理、半導(dǎo)體單晶制備等應(yīng)用技等應(yīng)用技術(shù)的術(shù)的工作壓力工作壓力，

47、需要準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，需要準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量 1010-l -l PaPa附近壓力準(zhǔn)確測(cè)定附近壓力準(zhǔn)確測(cè)定： 解決辦法：解決辦法：高壓力電離真空計(jì)或中真空電離真空計(jì)高壓力電離真空計(jì)或中真空電離真空計(jì)擴(kuò)展電離真空計(jì)的測(cè)量上限擴(kuò)展電離真空計(jì)的測(cè)量上限以實(shí)現(xiàn)較高壓力的測(cè)量以實(shí)現(xiàn)較高壓力的測(cè)量 解決辦法解決辦法：普通型電離真空計(jì)與熱偶真空計(jì)普通型電離真空計(jì)與熱偶真空計(jì)（測(cè)量（測(cè)量壓力范圍寬達(dá)壓力范圍寬達(dá)10-5-5l04 4 Pa Pa）p影響壓力測(cè)量上限的因素影響壓力測(cè)量上限的因素?zé)彡帢O計(jì)熱陰極計(jì)高壓強(qiáng)電離真空計(jì)高壓強(qiáng)電離真空計(jì)（舒茨型）（舒茨型）l熱燈絲（陰極熱燈絲（陰極) )氧化氧化（高于高于10-1

48、-1 Pa Pa，鎢絲陰極將氧化，壽命縮短，燒毀，鎢絲陰極將氧化，壽命縮短，燒毀）解決途徑：解決途徑：采用抗氧化的陰極采用抗氧化的陰極 （選選表面表面涂涂有有氧化釔氧化釔的的銥絲銥絲，以，以提高電子發(fā)射性提高電子發(fā)射性能能，能在較高壓力下工作，使用壽命較長(zhǎng)，不宜在有大量油蒸氣的環(huán)境下工作，能在較高壓力下工作，使用壽命較長(zhǎng)，不宜在有大量油蒸氣的環(huán)境下工作）l離子流隨壓力的線性偏離離子流隨壓力的線性偏離（高于高于10-1-1 Pa Pa壓力壓力）離子流隨壓力的線性偏離問(wèn)題離子流隨壓力的線性偏離問(wèn)題如何保持規(guī)管系數(shù)如何保持規(guī)管系數(shù)K K不隨壓力不隨壓力p p變化的問(wèn)題變化的問(wèn)題電子運(yùn)動(dòng)軌跡、能量以及

49、與氣體分子的碰撞機(jī)制不隨壓力變化電子運(yùn)動(dòng)軌跡、能量以及與氣體分子的碰撞機(jī)制不隨壓力變化pKIIei存在問(wèn)題存在問(wèn)題離子流離子流I Ii i（高于高于1010-1-1 Pa Pa壓力壓力）趨于趨于“飽和飽和”的主要原因的主要原因：由于電離過(guò)程中出現(xiàn)的二次電子不斷增多，電極間的離子增多，形成空由于電離過(guò)程中出現(xiàn)的二次電子不斷增多，電極間的離子增多，形成空間電荷場(chǎng)，使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化所致。間電荷場(chǎng)，使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化所致。pI Ii i /I /Ie e正比于壓力正比于壓力p p關(guān)系的條件關(guān)系的條件（由（由舒茨提出舒茨提出）1Kpl規(guī)管系數(shù)越低測(cè)量上限就越高規(guī)管系數(shù)越低測(cè)量上限就越高(

50、(擴(kuò)展測(cè)量上限提供設(shè)計(jì)依據(jù)擴(kuò)展測(cè)量上限提供設(shè)計(jì)依據(jù)) )l改變規(guī)管系數(shù)的手段改變規(guī)管系數(shù)的手段（電極結(jié)構(gòu)、電極間電位分布以及發(fā)射電流的大小電極結(jié)構(gòu)、電極間電位分布以及發(fā)射電流的大?。彡帢O計(jì)熱陰極計(jì)高壓強(qiáng)電離真空計(jì)高壓強(qiáng)電離真空計(jì)（舒茨型）（舒茨型）p舉例舉例: :DL-5DL-5型高壓強(qiáng)電離真空計(jì)型高壓強(qiáng)電離真空計(jì)（通過(guò)改變電極結(jié)構(gòu)、發(fā)射電流的大小，降低規(guī)管系通過(guò)改變電極結(jié)構(gòu)、發(fā)射電流的大小，降低規(guī)管系數(shù)數(shù)）1KpAA加速極加速極C收集極收集極F陰極陰極l電極電極結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：抗氧化陰極抗氧化陰極F裝置在規(guī)管的裝置在規(guī)管的中心軸中心軸上，上，收集極收集極C C與加速極與加速極A分別為大和小的兩

51、塊分別為大和小的兩塊長(zhǎng)方形板狀電極長(zhǎng)方形板狀電極，對(duì)稱對(duì)稱地裝置在陰極的周圍地裝置在陰極的周圍，規(guī)管外殼玻璃制成，也有金屬裸式結(jié)構(gòu)。，規(guī)管外殼玻璃制成，也有金屬裸式結(jié)構(gòu)。l特點(diǎn)特點(diǎn)：加速極與陰極間距離近加速極與陰極間距離近（電子飛行路徑短，減少電離幾率，降電子飛行路徑短，減少電離幾率，降低規(guī)管系數(shù)低規(guī)管系數(shù)）；增大收集極面積增大收集極面積（提高離子收集效率，減少離子復(fù)合的機(jī)會(huì)提高離子收集效率，減少離子復(fù)合的機(jī)會(huì)）；采用低發(fā)射電流采用低發(fā)射電流（減少高壓力時(shí)的空間電荷效應(yīng)減少高壓力時(shí)的空間電荷效應(yīng)）；）；p舉例：舉例：DL-8DL-8型高壓強(qiáng)電離真空計(jì)型高壓強(qiáng)電離真空計(jì)（通過(guò)改變電極間電位分布，

52、分級(jí)改變電離計(jì)的規(guī)管系數(shù)（通過(guò)改變電極間電位分布，分級(jí)改變電離計(jì)的規(guī)管系數(shù)）利用利用輔助電極輔助電極S和陰極和陰極K上的電位變化上的電位變化，改變電，改變電極極K-A間的間的電位分布電位分布，從而調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)規(guī)管系數(shù)規(guī)管系數(shù)；在在高壓力時(shí)使規(guī)管系數(shù)取較小的值，而在低壓高壓力時(shí)使規(guī)管系數(shù)取較小的值，而在低壓力時(shí)取較大的值力時(shí)取較大的值，同時(shí)兼顧上下限的測(cè)量，同時(shí)兼顧上下限的測(cè)量；C C：離子收集極（兩塊不銹鋼平行電極）離子收集極（兩塊不銹鋼平行電極）；K K：外涂氧化釔的銥陰極；：外涂氧化釔的銥陰極；A A：加速陽(yáng)極；：加速陽(yáng)極；S S：輔助電極：輔助電極l測(cè)量范圍測(cè)量范圍：1010-4-41

53、00Pa100Pal特點(diǎn)：特點(diǎn)：熱陰極計(jì)熱陰極計(jì)超高真空電離真空計(jì)超高真空電離真空計(jì)（B-A型）p影響壓力測(cè)量下限的因素影響壓力測(cè)量下限的因素( (本底電流本底電流) )pKIIei氣體壓力氣體壓力p p很低很低. .規(guī)管系數(shù)規(guī)管系數(shù)K K在仍可保持為常數(shù)在仍可保持為常數(shù)；離子流離子流I Ii i隨壓力隨壓力p p降低而減小到一定程度后，將會(huì)埋沒(méi)在降低而減小到一定程度后，將會(huì)埋沒(méi)在其他其他與壓力與壓力p p無(wú)關(guān)的本底電流無(wú)關(guān)的本底電流，達(dá)到其壓力測(cè)量下限達(dá)到其壓力測(cè)量下限p pminmin；l壓力測(cè)量下限壓力測(cè)量下限: :l本底電流本底電流：軟軟X X射線光電流射線光電流；電子誘導(dǎo)導(dǎo)脫附離子流

54、電子誘導(dǎo)導(dǎo)脫附離子流；陰極材料蒸氣的離子流陰極材料蒸氣的離子流l軟軟X X射線光電流假說(shuō)射線光電流假說(shuō)（2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代初期，年代初期，由由諾丁漢提出諾丁漢提出）軟軟X射線射線（柵狀陽(yáng)極受電子轟擊會(huì)產(chǎn)生一種較（柵狀陽(yáng)極受電子轟擊會(huì)產(chǎn)生一種較X射線波長(zhǎng)稍長(zhǎng)、穿透能力較弱）；射線波長(zhǎng)稍長(zhǎng)、穿透能力較弱）；離子收集極接收此射線會(huì)發(fā)生光電子發(fā)射離子收集極接收此射線會(huì)發(fā)生光電子發(fā)射。一個(gè)與壓力無(wú)關(guān)的本底光電流一個(gè)與壓力無(wú)關(guān)的本底光電流（測(cè)量時(shí)表現(xiàn)為約測(cè)量時(shí)表現(xiàn)為約10-6-6 Pa Pa的壓力讀數(shù)）；的壓力讀數(shù)）；exexSiiiieeexeiSKpSiKpiiKpii)()(pSKpSKp

55、iie成正比與則若p,eiiPSK當(dāng)當(dāng)p較大時(shí)，滿足關(guān)系較大時(shí)，滿足關(guān)系PSKPSK當(dāng)當(dāng)p較小時(shí)，不滿足關(guān)系較小時(shí)，不滿足關(guān)系l提高提高K,K,降低降低S S（擴(kuò)展熱陰極電離真空計(jì)下限）（擴(kuò)展熱陰極電離真空計(jì)下限）離子收集極接收此射線會(huì)發(fā)生光電子發(fā)射，這相當(dāng)于收集極上多了一種離子收集極接收此射線會(huì)發(fā)生光電子發(fā)射，這相當(dāng)于收集極上多了一種“虛假的虛假的”離子流離子流i ix x熱陰極計(jì)熱陰極計(jì)超高真空電離真空計(jì)超高真空電離真空計(jì)（B-A型）p擴(kuò)展測(cè)量下限擴(kuò)展測(cè)量下限（消除本底光電流的影響消除本底光電流的影響）lB-AB-A型電離計(jì)型電離計(jì)（電極的幾何結(jié)構(gòu)上減少離子收集極被軟電極的幾何結(jié)構(gòu)上減少離

56、子收集極被軟X X射線照射的面積射線照射的面積）l抑制式電離規(guī)抑制式電離規(guī)（在離子收集極附近安置負(fù)電位的電極以消除本底光電流在離子收集極附近安置負(fù)電位的電極以消除本底光電流）l調(diào)制式調(diào)制式B-AB-A電離規(guī)電離規(guī)（采用在離子收集極電流中扣除本底光電流的方法采用在離子收集極電流中扣除本底光電流的方法）l彈道規(guī)和熱陰極磁控管電離規(guī)彈道規(guī)和熱陰極磁控管電離規(guī)（提高規(guī)管系數(shù)提高規(guī)管系數(shù)K能夠降低測(cè)量下限能夠降低測(cè)量下限）p舉例舉例：B-AB-A型電離計(jì)型電離計(jì)（由（由貝阿德和阿爾珀特提出貝阿德和阿爾珀特提出）A A：電子加速極；電子加速極；C：離子收集極；離子收集極；F：熱陰極熱陰極l電極電極結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

57、（一根細(xì)金屬絲充當(dāng)收集極一根細(xì)金屬絲充當(dāng)收集極）l收集極收集極C C置于柵狀電子加速極置于柵狀電子加速極A A內(nèi)內(nèi)（保證有足夠保證有足夠的離子收集效率的離子收集效率，柵內(nèi)的所有離子都將被收集柵內(nèi)的所有離子都將被收集）l燈絲燈絲F F則移至柵外則移至柵外（對(duì)稱安裝兩根對(duì)稱安裝兩根）l 形式形式 （管式規(guī)管式規(guī)和和裸規(guī)裸規(guī)）l測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：1010-2-21010-9-9PaPa冷陰極計(jì)潘寧放電真空規(guī)p 工作原理（低壓下氣體分子的電離電流與壓力有關(guān)的特性）（低壓下氣體分子的電離電流與壓力有關(guān)的特性）少量初始自由電少量初始自由電子子（靠冷發(fā)射所產(chǎn)生的靠冷發(fā)射所產(chǎn)生的）；）；電離電離（在正交電磁

58、場(chǎng)作用下，長(zhǎng)時(shí)間在兩塊陰極極板之間往返作在正交電磁場(chǎng)作用下，長(zhǎng)時(shí)間在兩塊陰極極板之間往返作螺旋線形運(yùn)動(dòng)，與被測(cè)氣體分子發(fā)生碰撞，使其電離螺旋線形運(yùn)動(dòng)，與被測(cè)氣體分子發(fā)生碰撞，使其電離）離子收集離子收集（電子被陽(yáng)極所吸收，而電離產(chǎn)生的正離子則高速地打電子被陽(yáng)極所吸收，而電離產(chǎn)生的正離子則高速地打到陰極上，并且產(chǎn)生二次電子發(fā)射到陰極上，并且產(chǎn)生二次電子發(fā)射）潘寧放電潘寧放電（氣體分子電離產(chǎn)生的電子和陰極發(fā)射的二次電子也在氣體分子電離產(chǎn)生的電子和陰極發(fā)射的二次電子也在陰極極板間長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)，從而使電離過(guò)程連鎖地進(jìn)行，就可以使氣體陰極極板間長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)，從而使電離過(guò)程連鎖地進(jìn)行，就可以使氣體分子在極間分子在極

59、間產(chǎn)產(chǎn)生復(fù)雜的繁流放電生復(fù)雜的繁流放電測(cè)量測(cè)量氣壓氣壓（電流和空間的氣體分子密度有關(guān)電流和空間的氣體分子密度有關(guān)）p放電電流與氣體壓力的關(guān)系放電電流與氣體壓力的關(guān)系（潘寧放電潘寧放電）11冷規(guī)管殼冷規(guī)管殼22測(cè)量電路測(cè)量電路AA陽(yáng)極陽(yáng)極BB磁場(chǎng)磁場(chǎng)KK陰極陰極RR限流電阻限流電阻nKpI n n取決于取決于陰極材料、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度及氣體種類陰極材料、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度及氣體種類有有關(guān)的常數(shù)關(guān)的常數(shù)；K K為規(guī)管常數(shù)為規(guī)管常數(shù)；p壓力測(cè)量范圍壓力測(cè)量范圍：1010-1-11010-4-4PaPa普通型冷陰極電離真空計(jì)：普通型冷陰極電離真空計(jì)： 電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向相互平行電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向相互平行磁控

60、管式冷陰極電離真空計(jì)磁控管式冷陰極電離真空計(jì)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向相互垂直電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向相互垂直可細(xì)分為倒置磁控管式和正置磁控管式兩種類型?？杉?xì)分為倒置磁控管式和正置磁控管式兩種類型。p類型類型 電離真空計(jì)電離真空計(jì)p冷陰極電離真空計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)冷陰極電離真空計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)（熱陰極電離真空計(jì)相比熱陰極電離真空計(jì)相比）規(guī)管占用的體積大規(guī)管占用的體積大（冷規(guī)管必須具備磁鐵冷規(guī)管必須具備磁鐵）；去氣操作不便去氣操作不便（因磁場(chǎng)不能承受高溫烘烤去氣，因磁場(chǎng)不能承受高溫烘烤去氣，需需取下磁鐵取下磁鐵）；無(wú)法無(wú)法將其放人大容器內(nèi)部代替裸規(guī)將其放人大容器內(nèi)部代替裸規(guī)快速測(cè)定各部分的壓力快速測(cè)定各部分的壓力，得空，得空間的