五分鐘了解真空計vacuum gauge

導(dǎo)讀：真空計主要用于測量低于大氣壓的稀薄氣體總壓力的儀表，又稱真空規(guī)。

分類：
    真空計可分為真空計和相對真空計兩大類。凡能從其本身測得的物理量（如液柱高度、工作液、比重等）直接計算出氣體壓力的稱真空計，這種真空計測量精度較高，主要用作基準(zhǔn)量具。相對真空計主要利用氣體在低壓力下的某些物理特性（如熱傳導(dǎo)、電離、粘滯性和應(yīng)變等）與壓力的關(guān)系間接測量，其測量精度較低，而且測量結(jié)果還與被測氣體種類和成分有關(guān)。因此相對真空計必須用真空計標(biāo)定和校準(zhǔn)后方能用作真空測量。但它能直接讀出被測壓力，使用方便，在實際應(yīng)用中占絕大多數(shù)。真空技術(shù)需要測量的壓力范圍為105～10-11帕，甚至更小,寬達(dá)16個數(shù)量級以上,尚無一種真空計能適用于從粗真空（105～102帕）、低真空（102～10-1帕）、高真空（10-1～10-5帕）、超高真空（小于10-5帕）到*真空（小于10-10帕）的全范圍測量,因而有多種真空計。zui常用的有U形管真空計、壓縮式真空計、電阻真空計和冷熱陰極電離真空計。

　U形管真空計：　
    用以測量粗真空和低真空的真空計。在U字形的玻璃管中充以工作液（低蒸氣壓的油、汞）。管的一端被抽成真空（或直接通大氣），另一端接被測真空系統(tǒng)。根據(jù)兩邊管中的壓差所造成的液柱差可測出被測真空系統(tǒng)的壓力。

　壓縮式真空計： 　
    又稱麥克勞真空計，是一種測量低真空和高真空的真空計。這種真空計一般用硬質(zhì)玻璃制成。A是一根與被測真空系統(tǒng)相連接的開管，D、B為內(nèi)徑相同的毛細(xì)管，V為球泡,其體積遠(yuǎn)大于毛細(xì)管。測量時，通過活塞2抽真空，然后用活塞1充氣,使汞儲存器C中的汞上升到覆沒交叉口ΜΜ′，則D、V和B、A內(nèi)的氣體被隔成兩個區(qū)域。再充氣繼續(xù)提高汞液面,D、V內(nèi)的氣體則進(jìn)一步被壓縮，壓力增高。這樣D、B間存在的壓差可由汞柱高度差來表示。玻璃容器的體積和毛細(xì)管的高度是可測出的，所以用玻意耳定律即可算出被測壓力。測量精度較高,在10-3帕?xí)r的精度小于或等于5％。

　電阻真空計： 　
    又稱皮喇尼真空計，是一種測量低真空的相對真空計，主要由電阻式規(guī)管和測量線路兩部分組成。電阻式規(guī)管是在管殼內(nèi)封裝著一條電阻溫度系數(shù)較大的電阻絲，常用的為鎢或鉑絲。測量時，規(guī)管與被測真空系統(tǒng)相接，用一定的電壓、電流加熱電阻絲，其表面溫度可用電阻值來反映，且與周圍的氣體分子的熱傳導(dǎo)有關(guān)，而氣體分子的熱傳導(dǎo)又與壓力有關(guān)。當(dāng)被測壓力降低時，由氣體分子傳走的熱量減小，電阻絲表面溫度就增高，電阻值增大；反之，電阻值減小。因此根據(jù)電阻值的大小就可測量出壓力。

　熱陰極電離真空計： 　
    通稱電離真空計，主要用于高真空測量。它是由圓筒式熱陰極電離規(guī)管和測量線路兩部分組成。這種規(guī)管與三極電子管相似，有 3個電極：陰極（燈絲）、螺旋形柵極（加速極）和圓筒形收集極。測量時，規(guī)管與被測真空系統(tǒng)相連。通電后，熱陰極發(fā)射電子，在飛向帶正電位的加速極的路程中與管內(nèi)空間的低壓氣體分子碰撞,使氣體分子電離。電離所產(chǎn)生的電子和離子,分別在加速極和收集極（帶負(fù)電位）上形成電子流Ie和離子流Ii。在被測氣體壓力低于10-1帕的狀況下,當(dāng)電子流Ie恒定時，離子流Ii與被測真空系統(tǒng)中的氣體分子密度（亦即壓力p）成正比。因此,離子流的大小就可作為壓力的度量。這種真空計的測量范圍為10-1～10-5帕。

　此外,還有測量上限能達(dá)102帕以上的高壓力電離真空計。這種電離真空計在工作時，陰極發(fā)射的電子撞擊加速極時產(chǎn)生軟性 X射線，照射到收集極上時便引起收集極的光電子發(fā)射，因而就在離子流測量回路中增加一個與被測壓力無關(guān)的剩余光電流IX,限制測量下限的擴(kuò)展。為了減少這種軟 X射線對收集極的影響，人們又研制出BA式電離規(guī)管。它是將收集極改為針形，并與陰極的位置對換，這樣使光電流IX大為減少，使壓力測量下限從10-5帕擴(kuò)展到10-8帕左右，從而解決了超高真空測量的問題。

　冷陰極電離真空計： 　
    一種測量高真空的相對真空計。它由電離規(guī)管和測量線路兩部分組成。規(guī)管一般由兩塊平行的陰極、一個環(huán)形的陽極和產(chǎn)生磁場的磁鋼構(gòu)成。在電極之間加有高壓直流電場，而整個規(guī)管的電極系統(tǒng)又置于垂直電極平面的磁場中。在正交電場和磁場的作用下，由低壓氣體分子電離產(chǎn)生的放電電流是被測壓力的函數(shù)，所以放電電流的大小可作為壓力的度量。