低溫的氣體分子碰撞高溫固體時(shí),會(huì)從固體奪取熱量。通過(guò)被氣體分子奪取的熱量來(lái)計(jì)算壓力的真空計(jì)被成為熱傳導(dǎo)真空計(jì)。熱傳導(dǎo)真空計(jì)主要被應(yīng)用于中低真空領(lǐng)域。代表性的熱傳導(dǎo)真空計(jì)包括Pirani真空計(jì)和熱電偶真空計(jì)。
真空企業(yè)，在皮拉尼真空計(jì)的生產(chǎn)工藝上采用白金絲，代替?zhèn)鹘y(tǒng)燈絲。大大提高了產(chǎn)品穩(wěn)定性。穩(wěn)定性的提高使得真空計(jì)獲得更為廣泛的應(yīng)用。隨著真空技術(shù)的普及，大量應(yīng)用于單晶爐設(shè)備，滿足光伏行業(yè)基礎(chǔ)單晶硅生產(chǎn)。應(yīng)用于節(jié)能燈毛管排氣臺(tái)，解決了以往由于火花檢漏儀打火和高溫造成的真空計(jì)死機(jī)問(wèn)題。如果大家仔細(xì)觀察很多現(xiàn)代真空技術(shù)生產(chǎn)線設(shè)備，會(huì)發(fā)現(xiàn)這種Tamagawa真空計(jì)小部件，應(yīng)用廣泛。真空已經(jīng)隨著商業(yè)工業(yè)進(jìn)步，走進(jìn)平常生活緊密相關(guān)的領(lǐng)域。
Pirani皮拉尼真空計(jì)構(gòu)造如圖所示。金屬圓筒內(nèi)部設(shè)有一白金細(xì)線,兩端連接電極。通過(guò)電極給白金細(xì)線提供電流時(shí),白金細(xì)線會(huì)發(fā)熱,氣體分子碰撞白金細(xì)線或熱輻射或通過(guò)固體熱傳導(dǎo)等方式,白金線的熱量會(huì)被奪走。單位時(shí)間內(nèi)以上三種方式奪走的熱量為Qg,Qr,Qs,則平衡狀態(tài)下時(shí)以下公式成立
Q = I2R = Qg + Qr + Qs (1)
Q是單位時(shí)間細(xì)線放出的熱量,R是細(xì)線的電阻,I是細(xì)線的電流。
氣體的平均自由行程比細(xì)線的直徑大很多時(shí),Qg通過(guò)自由分子的熱傳導(dǎo)被表示為
Qg = αΛπda(T-T0)p (2)
如圖所示,T和T0分別為細(xì)線和金屬圓筒的溫度,P為氣體壓力,a是細(xì)線長(zhǎng)度。 剩下的Qs和Qr可以分別表示如下
Qs = Sκ(T-T0)/L (3)
Qr = πdaσε(T4-T04) (4)
(3)是電極的熱傳導(dǎo),其中S是細(xì)線的斷面積,κ是固體的傳導(dǎo)率,L是電極的長(zhǎng)度。
(4)式代表熱輻射,σ和ε分別被稱為常數(shù)和固體輻射率。如果保持T和T0一定,則(3)和(4)式為常數(shù)。如果用I02R表示一定量的固體熱傳導(dǎo)和熱輻射,則式1可以表示為
I2R = Ap + I02R (5)
A = αΛπda(T-T0) (6)
I0是壓力為0的時(shí)候細(xì)線的電流, 是彌補(bǔ)固體熱傳導(dǎo)和熱輻射而帶來(lái)的熱量損失。A式是不依存壓力的定數(shù)如果已知細(xì)線的電阻R,電流I0及定數(shù)A,則可以通過(guò)(5)式求得壓力P。
電阻真空計(jì)的
真空計(jì)是按照真空計(jì)測(cè)量原理所利用的不同的物理機(jī)制，可將主要的真空計(jì)分為三大類，分別是利用力學(xué)性能、利用氣體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和利用帶電粒子效應(yīng)的真空計(jì)。利用力學(xué)性能的真空計(jì)典型的有波爾登規(guī)（Bourdon）和薄膜電容規(guī)；利用氣體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的典型真空計(jì)有皮拉尼（Pirani）電阻規(guī)和熱電偶規(guī)；利用帶電粒子效應(yīng)的典型真空計(jì)有熱陰極電離規(guī)和冷陰極電離規(guī)。
按真空計(jì)測(cè)量原理分類
直接測(cè)量真空計(jì)
這種真空計(jì)直接測(cè)量單位面積上的力，有：
?。?）靜態(tài)液位真空計(jì)：利用U型管兩端液面差來(lái)測(cè)量壓力。
?。?）彈性元件真空計(jì)：利用與真空相連的容器表面受到壓力的作用而產(chǎn)生彈性變形來(lái)測(cè)量壓力值的大小。
間接測(cè)量真空計(jì)
壓力為10-1Pa時(shí)，作用在1cm2表面上力只有10-5N，顯然測(cè)量這樣小的力是困難的。但可根據(jù)低壓下與氣體壓力有關(guān)的物理量的變化來(lái)間接測(cè)量壓力的變化。屬于這類的真空計(jì)有：
?。?）壓縮式真空計(jì)：其原理是在U型管的基礎(chǔ)上再應(yīng)用波義耳定律，即將一定量待測(cè)壓力的氣體，經(jīng)過(guò)等溫壓縮使之壓力增加，以便用U型管真空計(jì)測(cè)量，然后用體積和壓力的關(guān)系計(jì)算被測(cè)壓力。
（2）熱傳導(dǎo)真空計(jì)：利用低壓下氣體熱傳導(dǎo)與壓力有關(guān)這一原理制成。常用的有電阻真空計(jì)和熱偶真空計(jì)。
?。?）熱輻射真空計(jì)：利用低壓下氣體熱輻射與壓力有關(guān)原理。
?。?）電離真空計(jì)：利用低壓下氣體分子被荷能粒子碰撞電離，產(chǎn)生的離子流隨電力變化的原理。如：熱陰極電離真空計(jì)、冷陰極電離真空計(jì)和放射性電離真空計(jì)等。
?。?）放電管指示器：利用氣體放電情況和放電顏色與壓力有關(guān)的性質(zhì)判定真空度，一般僅能作為定性測(cè)量。
?。?）粘滯真空計(jì)：利用低壓下氣體與容器壁的動(dòng)量交換即外摩擦原理。如振膜式真空計(jì)和磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)。
?。?）場(chǎng)致顯微儀：以吸附和解吸時(shí)間與壓力關(guān)系計(jì)算壓力。
（8）分壓力真空計(jì)：利用質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行混合氣體分壓力測(cè)量。常用的有四極質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)和射頻質(zhì)譜。
電阻真空計(jì)即采用電阻技術(shù)的真空計(jì)，一般先校準(zhǔn)零點(diǎn)，再進(jìn)行滿度校準(zhǔn)。
原理
金屬圓筒內(nèi)部設(shè)有一白金細(xì)線,兩端連接電極。
通過(guò)電極給白金細(xì)線提供電流時(shí),白金細(xì)線會(huì)發(fā)熱,氣體分子碰撞白金細(xì)線或熱輻射或通過(guò)固體熱傳導(dǎo)等方式,白金線的熱量會(huì)被奪走。
單位時(shí)間內(nèi)以上三種方式奪走的熱量為Qg,Qr,Qs,則平衡狀態(tài)下時(shí)以下公式成立
Q=I2R=Qg+Qr+Qs(1)
Q是單位時(shí)間細(xì)線放出的熱量,R是細(xì)線的電阻,I是細(xì)線的電流。
氣體的平均自由行程比細(xì)線的直徑大很多時(shí),Qg通過(guò)自由分子的熱傳導(dǎo)被表示為
Qg=αΛπda(T-T0)p(2)
T和T0分別為細(xì)線和金屬圓筒的溫度,P為氣體壓力,a是細(xì)線長(zhǎng)度。剩下的Qs和Qr可以分別表示如下
Qs=Sκ(T-T0)/L(3)
Qr=πdaσε(T4-T04)(4)
(3)是電極的熱傳導(dǎo),其中S是細(xì)線的斷面積,κ是固體的傳導(dǎo)率,L是電極的長(zhǎng)度。
(4)式代表熱輻射,σ和ε分別被稱為常數(shù)和固體輻射率。如果保持T和T0一定,則(3)和(4)式為常數(shù)。如果用I02R表示一定量的固體熱傳導(dǎo)和熱輻射,則式1可以表示為
I2R=Ap+I02R(5)
A=αΛπda(T-T0)(6)
I0是壓力為0的時(shí)候細(xì)線的電流,是彌補(bǔ)固體熱傳導(dǎo)和熱輻射而帶來(lái)的熱量損失。A式是不依存壓力的定數(shù)如果已知細(xì)線的電阻R,電流I0及定數(shù)A,則可以通過(guò)(5)式求得壓力P。
校準(zhǔn)
一般先校準(zhǔn)零點(diǎn)，再進(jìn)行滿度校準(zhǔn)。
(1)校準(zhǔn)零點(diǎn)。
校準(zhǔn)零點(diǎn)需對(duì)被測(cè)真空系統(tǒng)抽真空，一旦電離規(guī)測(cè)得真空度高于1.0^-1Pa(如9.9X10^-2Pa)，按"校零"按鈕，對(duì)應(yīng)指示燈亮或快速閃爍，真空計(jì)自動(dòng)校正零點(diǎn)，當(dāng)顯示1.0^-1Pa時(shí)，表示規(guī)管零點(diǎn)已校準(zhǔn)。
對(duì)于無(wú)自動(dòng)零點(diǎn)校準(zhǔn)的電阻真空計(jì)，可通過(guò)操作面板上的電位器旋鈕手動(dòng)調(diào)整。
(2)滿度校正。
校準(zhǔn)完零點(diǎn)后，需對(duì)其滿度校正。按滿度校正過(guò)程要求，對(duì)被測(cè)爐腔放人大氣，確保被校電阻規(guī)所測(cè)位置為大氣狀態(tài)，在大氣壓下工作約10分鐘。
按"滿度"按鈕，對(duì)應(yīng)指示燈亮或快速閃爍，真空計(jì)自動(dòng)校正滿度，當(dāng)顯示1.0^5Pa時(shí)，表示規(guī)管滿度已校準(zhǔn)。對(duì)于無(wú)自動(dòng)滿度校準(zhǔn)的電阻真空計(jì)，可通過(guò)操作面板上的電位器旋鈕手動(dòng)調(diào)整。
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