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真空計的工作原理

更新時間:2025-01-22點擊次數(shù):305

真空計的工作原理多樣,常見的有以下幾種:

熱傳導真空計

 

l原理:氣體的熱傳導與氣體分子密度有關(guān),在低壓力下,氣體分子間的碰撞頻率降低,熱傳導能力隨壓力降低而減小。通過測量加熱絲與周圍氣體之間的熱傳導來間接測量氣體壓力。

l舉例:熱偶真空計,利用加熱絲和熱電偶組成測量電路,加熱絲通電發(fā)熱,熱電偶測量加熱絲的溫度,當氣體壓力變化時,熱傳導情況改變,導致加熱絲溫度變化,熱電偶產(chǎn)生的熱電勢也隨之變化,通過測量熱電勢來確定氣體壓力。

 

電離真空計

 

l原理:在高真空環(huán)境下,利用電子碰撞氣體分子使其電離,產(chǎn)生的離子電流與氣體分子密度成正比,而氣體分子密度又與壓力相關(guān),從而通過測量離子電流來確定氣體壓力。

l舉例:熱陰極電離真空計,由陰極、柵極和收集極組成。陰極發(fā)射電子,電子在電場作用下加速飛向柵極,與氣體分子碰撞使氣體電離,產(chǎn)生的正離子被收集極收集形成離子電流,通過測量離子電流大小來計算氣體壓力。

 

電容薄膜真空計

 

l原理:基于電容原理,將被測壓力作用在一個具有彈性的薄膜上,使薄膜產(chǎn)生變形,從而改變電容器兩極板間的距離或面積,導致電容值發(fā)生變化,通過測量電容的變化量來反映壓力的大小。

l舉例:以平行板電容結(jié)構(gòu)為例,當壓力作用于薄膜時,薄膜向一側(cè)彎曲,使平行板電容器的極板間距變小或極板重疊面積改變,電容值隨之變化,通過電容測量電路將電容變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出,進而得到壓力值。

 

電阻真空計

 

l原理:利用金屬絲或半導體等材料的電阻值隨溫度變化的特性,以及氣體熱傳導對加熱元件溫度的影響。當氣體壓力變化時,氣體與加熱元件之間的熱交換情況改變,導致加熱元件溫度變化,進而使其電阻值發(fā)生變化,通過測量電阻值來間接測量氣體壓力。

l舉例:鎢絲電阻真空計,以鎢絲作為加熱元件和感壓元件,當給鎢絲通電加熱后,其電阻值會隨溫度變化。在不同的氣體壓力下,鎢絲與周圍氣體的熱交換不同,溫度不同,電阻值也不同,通過測量鎢絲電阻值的變化來確定氣體壓力。

 

麥克勞真空計

 

l原理:基于波義耳定律,即一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的情況下,其壓力與體積成反比。通過對一定量的被測氣體進行壓縮,使其壓力升高,然后與已知壓力的氣體進行比較,從而確定被測氣體的壓力。

l舉例:通過轉(zhuǎn)動三通活塞,使真空系統(tǒng)中的氣體進入麥克勞真空計的玻璃球泡和毛細管中,然后將水銀面升高,壓縮氣體。當毛細管中的水銀面與比較毛細管中的水銀面齊平時,根據(jù)壓縮后氣體的體積和已知的玻璃球泡及毛細管的容積,利用波義耳定律計算出被測氣體的壓力。

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