真空計

簡介

真空計（Vacuum Gauge），又名真空表，是測量真空度或氣壓的儀器。一般是利用不同氣壓下氣體的某種物理效應的變化進行氣壓的測量。在科研和工業生產中廣泛使用。

按照真空計測量原理所利用的不同的物理機制，可將主要的真空計分為三大類，分別是利用力學性能、利用氣體動力學效應和利用帶電粒子效應的真空計。

利用力學性能的真空計典型的有波爾登規（Bourdon）和薄膜電容規；利用氣體動力學效應的典型真空計有皮拉尼（Pirani）電阻規和熱電偶規；利用帶電粒子效應的典型真空計有熱陰極電離規和冷陰極電離規。

如右圖所示，細的銅管受氣體壓力不同會有舒展現象，會帶動槓桿和齒輪旋轉，使得指針指示在不同刻度上，即可讀出相應的氣壓值。

這種規的測量範圍一般在100Pa至1atm。

如右圖所示，在不同壓力下金屬膜片受力不同會有不同尺度的變形，使得金屬膜片和電極之間的電容變化，通過測量電容的變化量，即可知道金屬膜片上氣壓的變化。

這種規的測量範圍一般橫跨4個量級，比如可能是0.01Pa至100Pa、0.1Pa至1000Pa等。

這種規的優點是靈敏度很高。缺點是必須在高於環境溫度的恆溫條件下使用，以消除溫度不同對膜片力學性能的影響，使用前一般需要預熱數小時。

也叫做熱電阻真空計，它是利用電阻與溫度之間關係的原理工作的。

如右圖所示，由於不同氣壓下氣體分子熱傳導能力不同，當給熱絲加恆定的電流時，由於氣壓不同通過氣體傳導走的熱量不同，熱絲所保持的溫度就不同，這導致熱絲電阻大小不同，通過測量熱絲電阻大小就可以推算氣壓大小。

如果配合電橋測量熱絲電阻的變化，將有效提高測量的準確度。

這種規的測量範圍一般在0.1Pa至1000Pa。

由於不同氣體在相同氣壓時導熱性不同，所以這種規需要在不同的使用氣體下標定。

如右圖所示，熱電偶規與皮拉尼電阻規基本原理一致，只是它不用測量熱絲電阻的變化，而是用熱電偶直接測量熱比的溫度變化。

測量範圍一般與在0.1Pa至1000Pa。

與皮拉尼電阻規一樣，這種規也需要在不同的使用氣體下標定。

如右圖所示，熱陰極電離規中，由熱陰極即燈絲髮射電子，電離真空中的氣體分子，產生離子，由收集極收集產生的離子，形成離子電流，通過測量離子電流的大小即可推算出真空中氣體分子的密度，進而得到氣壓大小。

這種規的測量範圍一般為1.0E-05Pa至0.1Pa。

經改進後的熱陰極電離規，Bayard-Alpert規，可以將測量下限降低至1.0E-09Pa。

由於不同氣體在相同氣壓下的電離率不同，這種規在使用時也需要在不同氣體下進行標定。