皮拉尼真空计

皮拉尼真空计

英文名称：Pirani vacuum gauge

定义：利用电阻丝的阻值随温度变化的原理来测量压强的仪器。

所属学科：机械工程（一级学科）；实验室仪器和装置（二级学科）；真空获得仪器与装置-真空仪器与装置（三级学科）

本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

也称电阻式真空规。其工作原理是：真空度不同，单位体积内的空气分子数就不同，对于正在发热的电阻丝带走热量的能力（散热能力）就不同，电阻丝温度就不同，因为电阻丝的电阻率是温度的函数，所以不同的真空度就引起了电阻率的不同，则电阻就不同，电流在电阻丝上的压降就不同，根据电压的变化就能换算出空气压强，也就是测量真空度。实际的皮拉尼真空计一般做成四臂电桥，并有用于温度补偿的电阻丝与其串联。

用于测量低于大气压的稀薄气体总压力的仪表，又称真空规。真空计的测量单位沿用压力测量单位，压力的国际单位为帕(Pa)，曾使用的单位还有托(Torr)和毫巴(mbar)等。

热阴极电离真空计

(1)电子在电场中飞行时从电场获得能量，若与气体分子碰撞，将使气体分子以一定几率发生电离，产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数，正比于气体密度n,在一定温度下正比于气体的压力p。因此，可根据离子电流的大小指示真空度。这就是电离真空计工作原理。

由灯丝加热提供电子源的电离真空计称为热阴极电离真空计，其型式繁多，各具不同特点和适用不同的压力测量范围。

热阴极电离真空计由测量规管(或规头)和电气测量电路(真空计控制单元和指示单元)组成。规管功能是把非电量的气体压力转换成电量——离子电流

(2)当气体导电时，电子与气体分子的碰撞频率跟气体分子的密度有关。密度大，碰撞的频率就高，产生的离子也越多，气体中的电流就越强。又由于气体分子的密度与气体的压强是直接相关的，因此，测定了气体中电流的大小，即可确定气体的压强。根据上述原理即可制成热阴极电离真空计。最简单的热阴极电离真空计就是一只三极管，F是灯丝电路，通电流后使灯丝受热向外发射电子。在栅极上加一约为150～200伏特的正电压，这一正电压可吸引和加速由灯丝发射出来的电子。被加速的电子穿过栅极后，因板极B的电压对栅极为低的负电压，因此电子又被板极推回，再加速向栅极返回。这样，电子在往返的运动中就与其中的气体分子碰撞，使分子电离，变成正离子和二次电子，而正离子将被板极所吸引，在板极电路中形成电流。

(3) ,热电子向处在正电位的加速极飞去,一部分被加速极吸收,另一部分穿出加速极栅间空隙继续向离子收集极飞去,由于收集极是负电位,电子在靠近收极集时受到电场的推斥而返回,在加速极栅间作来回振荡,直到被加速极吸收为止,电子在飞行路程中不断跟管内的气体

分子碰撞,使气体电离,正离子被收集极收集,这样在回路中产生了离子流

灯丝在通电加热以后发出热电子

加速极的电位在+100------+300V

收集极的电位在负10------负50V

由于电子的平均自由程小,气体在10的负一次方以上,气体不能电离.所以不能反映气压, 在10的负5次方以下,会产生光电子,造成指示不准确.

真空的测量利用复合真空计。它由两个热偶真空计和一个电离真空计组成。（1）热偶真空计是利用稀薄气体状态下气体分子的导热性制成的。压强越高，气体分子碰撞灯丝带走的热量就越多，因此灯丝温度越低，使得热电偶产生的电动势越大。热偶真空计的测量范围是5×105-1×10-1Pa。（2）电离真空计是利用低压气体被快速电子碰撞而电离的规律制成的。它是一种三极电子管，将灯丝通以电流使其发射电子，电子与气体分子碰撞使气体分子电离，离子电流正比与气体分子浓度，因此可以用电流去测量气体压强。电离真空计的测量范围是10-1-1×10-5Pa，必须注意的是：电离真空计不可在小于0.1 Pa的真空中测量，否则会因为离子电流过大而烧毁电离规。b~ U v1 dmgII0YT