低溫的氣體分子碰撞高溫固體時,會從固體奪取熱量。通過被氣體分子奪取的熱量來計算壓力的真空計被成為熱傳導真空計。熱傳導真空計主要被應用于中低真空領域。代表性的熱傳導真空計包括Pirani真空計和熱電偶真空計。
真空企業(yè)，在皮拉尼真空計的生產(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獲得更為廣泛的應用。隨著真空技術的普及，大量應用于單晶爐設備，滿足光伏行業(yè)基礎單晶硅生產(chǎn)。應用于節(jié)能燈毛管排氣臺，解決了以往由于火花檢漏儀打火和高溫造成的真空計死機問題。如果大家仔細觀察很多現(xiàn)代真空技術生產(chǎn)線設備，會發(fā)現(xiàn)這種Tamagawa真空計小部件，應用廣泛。真空已經(jīng)隨著商業(yè)工業(yè)進步，走進平常生活緊密相關的領域。
Pirani皮拉尼真空計構造如圖所示。金屬圓筒內部設有一白金細線,兩端連接電極。通過電極給白金細線提供電流時,白金細線會發(fā)熱,氣體分子碰撞白金細線或熱輻射或通過固體熱傳導等方式,白金線的熱量會被奪走。單位時間內以上三種方式奪走的熱量為Qg,Qr,Qs,則平衡狀態(tài)下時以下公式成立
Q = I2R = Qg + Qr + Qs (1)
Q是單位時間細線放出的熱量,R是細線的電阻,I是細線的電流。
氣體的平均自由行程比細線的直徑大很多時,Qg通過自由分子的熱傳導被表示為
Qg = αΛπda(T-T0)p (2)
如圖所示,T和T0分別為細線和金屬圓筒的溫度,P為氣體壓力,a是細線長度。 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,其中S是細線的斷面積,κ是固體的傳導率,L是電極的長度。
(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的時候細線的電流, 是彌補固體熱傳導和熱輻射而帶來的熱量損失。A式是不依存壓力的定數(shù)如果已知細線的電阻R,電流I0及定數(shù)A,則可以通過(5)式求得壓力P。
電阻真空計的
真空計是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(guī)（Bourdon）和薄膜電容規(guī)；利用氣體動力學效應的典型真空計有皮拉尼（Pirani）電阻規(guī)和熱電偶規(guī)；利用帶電粒子效應的典型真空計有熱陰極電離規(guī)和冷陰極電離規(guī)。
按真空計測量原理分類
直接測量真空計
這種真空計直接測量單位面積上的力，有：
?。?）靜態(tài)液位真空計：利用U型管兩端液面差來測量壓力。
?。?）彈性元件真空計：利用與真空相連的容器表面受到壓力的作用而產(chǎn)生彈性變形來測量壓力值的大小。
間接測量真空計
壓力為10-1Pa時，作用在1cm2表面上力只有10-5N，顯然測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的物理量的變化來間接測量壓力的變化。屬于這類的真空計有：
（1）壓縮式真空計：其原理是在U型管的基礎上再應用波義耳定律，即將一定量待測壓力的氣體，經(jīng)過等溫壓縮使之壓力增加，以便用U型管真空計測量，然后用體積和壓力的關系計算被測壓力。
?。?）熱傳導真空計：利用低壓下氣體熱傳導與壓力有關這一原理制成。常用的有電阻真空計和熱偶真空計。
（3）熱輻射真空計：利用低壓下氣體熱輻射與壓力有關原理。
（4）電離真空計：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、冷陰極電離真空計和放射性電離真空計等。
?。?）放電管指示器：利用氣體放電情況和放電顏色與壓力有關的性質判定真空度，一般僅能作為定性測量。
?。?）粘滯真空計：利用低壓下氣體與容器壁的動量交換即外摩擦原理。如振膜式真空計和磁懸浮轉子真空計。
?。?）場致顯微儀：以吸附和解吸時間與壓力關系計算壓力。
?。?）分壓力真空計：利用質譜技術進行混合氣體分壓力測量。常用的有四極質譜計、回旋質譜計和射頻質譜。
電阻真空計即采用電阻技術的真空計，一般先校準零點，再進行滿度校準。
原理
金屬圓筒內部設有一白金細線,兩端連接電極。
通過電極給白金細線提供電流時,白金細線會發(fā)熱,氣體分子碰撞白金細線或熱輻射或通過固體熱傳導等方式,白金線的熱量會被奪走。
單位時間內以上三種方式奪走的熱量為Qg,Qr,Qs,則平衡狀態(tài)下時以下公式成立
Q=I2R=Qg+Qr+Qs(1)
Q是單位時間細線放出的熱量,R是細線的電阻,I是細線的電流。
氣體的平均自由行程比細線的直徑大很多時,Qg通過自由分子的熱傳導被表示為
Qg=αΛπda(T-T0)p(2)
T和T0分別為細線和金屬圓筒的溫度,P為氣體壓力,a是細線長度。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,其中S是細線的斷面積,κ是固體的傳導率,L是電極的長度。
(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的時候細線的電流,是彌補固體熱傳導和熱輻射而帶來的熱量損失。A式是不依存壓力的定數(shù)如果已知細線的電阻R,電流I0及定數(shù)A,則可以通過(5)式求得壓力P。
校準
一般先校準零點，再進行滿度校準。
(1)校準零點。
校準零點需對被測真空系統(tǒng)抽真空，一旦電離規(guī)測得真空度高于1.0^-1Pa(如9.9X10^-2Pa)，按"校零"按鈕，對應指示燈亮或快速閃爍，真空計自動校正零點，當顯示1.0^-1Pa時，表示規(guī)管零點已校準。
對于無自動零點校準的電阻真空計，可通過操作面板上的電位器旋鈕手動調整。
(2)滿度校正。
校準完零點后，需對其滿度校正。按滿度校正過程要求，對被測爐腔放人大氣，確保被校電阻規(guī)所測位置為大氣狀態(tài)，在大氣壓下工作約10分鐘。
按"滿度"按鈕，對應指示燈亮或快速閃爍，真空計自動校正滿度，當顯示1.0^5Pa時，表示規(guī)管滿度已校準。對于無自動滿度校準的電阻真空計，可通過操作面板上的電位器旋鈕手動調整。
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