真空計

測量低壓稀薄壓儀，稱空規。空計測量單沿壓測量單，壓際單帕()，曾單托()毫巴(mbar)等。

簡史 自1643年義大利物理學家E.托里拆利進行大氣壓力實驗以來，先後出現許多種真空計。最早出現的是Ｕ形管真空計，它只能用來測量粗真空和低真空。1874年,H.G.麥克勞發明的壓縮式真空計，解決了低真空和高真空的絕對壓力的測量，但仍不能進行連續測量。1906年，M.皮喇尼發明電阻式真空計，解決了工業生產中的低真空測量問題。繼而，O.E.巴克利於1916年又發明電離真空計,這在當時不僅解決了10-1～10-5帕的高真空測量，而且促進了油擴散泵等真空設備的發展和應用。1937年，F.M.潘寧發明冷陰極電離真空計，適用於有大量放氣和經常暴露於大氣的真空設備的測量，所以在真空冶金和機械工業中得到廣泛應用。1950年，R.T.貝阿德和D.A.阿爾伯特發明BA式電離真空計，解決了10-8帕的超高真空測量問題，從而使真空測量獲得了突破，並推動了超高真空技術的發展；而與此有關的表面物理、核能、航天和大型集成電路等科學技術也得到了迅速發展。1960年以來，相繼研製成功的調製規、抑制規、彎注規、分離規和磁控式電離規等已能實現10-11帕左右的超高真空測量。

類 真空計可分為絕對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絕對真空計，這種真空計測量精度較高，主要用作基準量具。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、電離、粘滯性和應變等）與壓力的關係間接測量，其測量精度較低，而且測量結果還與被測氣體種類和成分有關。因此相對真空計必須用絕對真空計標定和校準後方能用作真空測量。但它能直接讀出被測壓力，使用方便，在實際應用中占絕大多數。真空技術需要測量的壓力範圍為105～10-11帕，甚至更小，寬達16個數量級以上，尚無一種真空計能適用於從粗真空(105～102帕)、低真空（102～10-1帕）、高真空（10-1～10-5帕）、超高真空（小於10-5帕）到極高真空（小於10-10帕）的全範圍測量，因而有多種真空計。最常用的有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絕對真空計（圖1）。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。根據兩邊管中的壓差所造成的液柱差可測出被測真空系統的壓力。

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絕對真空計。這種真空計一般用硬質玻璃製成（圖2a）。A是一根與被測真空系統相連接的開管，D、B為內徑相同的毛細管，V為球泡，其體積遠大於毛細管。測量時，通過活塞2抽真空，然後用活塞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內的氣體被隔成兩個區域。再充氣繼續提高汞液面,D、V內的氣體則進一步被壓縮，壓力增高。這樣D、B間存在的壓差可由汞柱高度差來表示（圖2b）。玻璃容器的體積和毛細管的高度是可精確測出的，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帕時的精度小於或等於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，主要由電阻式規管和測量線路兩部分組成。電阻式規管（圖3）是在管殼內封裝著一條電阻溫度係數較大的電阻絲，常用的為鎢或鉑絲。測量時，規管與被測真空系統相接，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有關，而氣體分子的熱傳導又與壓力有關。當被測壓力降低時，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，主要用於高真空測量。它是由圓筒式熱陰極電離規管（圖4）和測量線路兩部分組成。這種規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，規管與被測真空系統相連。通電后，熱陰極發射電子，在飛向帶正電位的加速極的路程中與管內空間的低壓氣體分子碰撞,使氣體分子電離。電離所產生的電子和離子，分別在加速極和收集極（帶負電位）上形成電子流Ie和離子流Ii。在被測氣體壓力低於10-1帕的狀況下，當電子流Ie恆定時，離子流Ii與被測真空系統中的氣體分子密度（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。這種真空計的測量範圍為10-1～10-5帕。

此外，還有測量上限能達102帕以上的高壓力電離真空計。這種電離真空計在工作時，陰極發射的電子撞擊加速極時產生軟性 X射線，照射到收集極上時便引起收集極的光電子發射，因而就在離子流測量迴路中增加一個與被測壓力無關的剩餘光電流IX,限制測量下限的擴展。為了減少這種軟 X射線對收集極的影響，人們又研製出BA式電離規管（圖5）。它是將收集極改為針形，並與陰極的位置對換，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。它由電離規管和測量線路兩部分組成（圖6）。規管一般由兩塊平行的陰極、一個環形的陽極和產生磁場的磁鋼構成。在電極之間加有高壓直流電場，而整個規管的電極系統又置於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生的放電電流是被測壓力的函數，所以放電電流的大小可作為壓力的度量。

參考書目

孫企達、陳建中編著：《真空測量與儀錶》，機械工業出版社，北京，1981。