真空计原理
真空计原理
真空计原理
真空计是一种常用的物理实验仪器，它利用气体压力与容器体积之间的关系来测量气体的压力。
具体原理如下：
1.假设真空计中的气体是理想气体，其压力与体积满足以下关系式：
P × V = nRT
其中，P为气体的压力，V为气体所在容器的体积，n为气体的摩尔数，R为气体常数，T为气体的温度。
2.在真空计中，通过改变容器的体积，使得气体的压力发生变化。
当气体的摩尔数、温度等参数不变时，可以推导出以下关系式：
ΔP × V = P0 × ΔV
其中，ΔP为压力的变化值，ΔV为容器体积的变化值，P0为初始状态下的压力。
3.根据上述关系式，可以计算得到气体的压力：
P = (P0 × V0) / V
其中，V0为初始状态下的容器体积。
4.为了测量气体的压力，可以通过改变容器的体积，利用测量压力差的方法计算出压力的变化值ΔP，再根据上述的计算公式得到气体的压力。
综上所述，真空计的原理是利用气体压力与容器体积之间的关
系来测量气体的压力。
通过改变容器体积，测量压力差，再结合上述的计算公式，可以得到气体的压力。
皮拉尼真空计原理详解
皮拉尼真空计原理的原理，通过测量保持在不同温度的两固定元件表面间热能的传递来利用电阻丝随温度的变化而电阻随之变化的原理来测量的，而皮拉尼真空计,也称电阻式真空规。
其工作原理是：真空度不同，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低温的气体分子碰撞高温固体时,会从固体夺取热量。
通过被气体分子夺取的热量来计算压力的真空计被成为热传导真空计。
热传导真空计主要被应用于中低真空领域。
代表性的热传导真空计包括Pirani真空计和热电偶真空计。
原理Pirani皮拉尼真空计构造如图所示。
金属圆筒内部设有一白金细线,两端连接电极。
通过电极给白金细线提供电流时,白金细线会发热,气体分子碰撞白金细线或热辐射或通过固体热传导等方式,白金线的热量会被夺走。
单位时间内以上三种方式夺走的热量为Qg,Qr,Qs,则平衡状态下时以下公式成立Ｑ = Ｉ2Ｒ = Ｑg + Ｑr + Ｑs (1)Q是单位时间细线放出的热量,R是细线的电阻,I是细线的电流。
气体的平均自由行程比细线的直径大很多时,Qg通过自由分子的热传导被表示为Ｑg = αΛπｄａ(Ｔ－Ｔ0)ｐ (2)如图所示,T和T0分别为细线和金属圆筒的温度,P为气体压力,a是细线长度。
剩下的Qs和Qr可以分别表示如下Ｑs = Ｓκ(Ｔ－Ｔ0)/Ｌ (3)Ｑr = πｄａσε(Ｔ4－Ｔ04) (4)(3)是电极的热传导,其中S是细线的断面积,κ是固体的传导率,Ｌ是电极的长度。
(4)式代表热辐射,σ和ε分别被称为常数和固体辐射率。
如果保持T和T0一定,则(3)和(4)式为常数。
如果用I02R表示一定量的固体热传导和热辐射,则式1可以表示为Ｉ2Ｒ = Ａｐ＋ I02Ｒ (5)Ａ= αΛπｄａ(Ｔ－Ｔ0) (6)I0是压力为0的时候细线的电流, 是弥补固体热传导和热辐射而带来的热量损失。
Ａ式是不依存压力的定数如果已知细线的电阻R,电流I0及定数A,则可以通过(5)式求得压力P。
convectron gauge原理
Convectron gauge（热传导真空计）是一种用于测量低真空的仪器，其原理基于热传导原理。
它主要通过测量气体分子与传感器表面之间的热传导来间接测量气体压力。
这种真空计的测量范围从大气压力到10^-4 Torr（10^-2 Pascal）。
Convectron gauge的工作原理如下：
1. 当气体分子与传感器表面接触时，它们会从传感器表面吸收热量，导致传感器表面温度降低。
这种现象称为热传导。
2. 真空计通过测量传感器表面的温度变化来间接测量气体压力。
当气体压力较高时，热传导作用较强，传感器表面温度较高；当气体压力降低时，热传导作用减弱，传感器表面温度降低。
3. Convectron gauge通过将传感器表面温度的变化转换为电信号，从而实现对气体压力的测量。
这种转换通常通过热敏电阻或热电偶等温度传感器实现。
4. 测量结果可以通过真空计的显示装置直接读取，或者通过数据采集系统进行实时监测和分析。
Convectron gauge具有高精度、快速响应等特点，广泛应用于科研、工业生产等领域。
真空计原理
真空计原理
真空计是一种用于测量真空度的仪器，其原理基于气体分子在真空中运动的特性。
当气体压力低于一定程度时，气体分子之间的碰撞减少，因此表现为“真空状态”。
真空计的工作原理是利用气体分子在真空中的运动状态来测量
气体压力的大小。
其中，常见的真空计有热导式、离子阱式、毛细管式等。
热导式真空计利用热传导原理，将热电偶置于真空容器内，通过测量热电偶与容器外表面的温差，计算出气体压力的大小。
离子阱式真空计则利用电离原理，将电极置于真空容器内，通过测量电极上离子的数量，计算出气体压力的大小。
毛细管式真空计则利用毛细作用原理，将毛细管置于真空容器内，通过测量毛细管内液体的高度变化，计算出气体压力的大小。
不同类型的真空计各有优缺点，应根据具体需求选择合适的真空计进行测量。
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真空计原理及测量范围
真空计原理与测量范围真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象。
在真空技术里，真空系针对大气而言，一般指特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。
真空常用帕斯卡（Pascal）托尔（Torr）毫巴（mbar）等做为压力的单位。
真空的分类：前级真空：1*10-3Torr~1000Torr高真空：1*10-9Torr~10-3Torr超高真空：10-9Torr以下真空计（Vacuum Gauge），也称真空表、真空规管，是测量真空度或低气压的仪器。
一般是利用不同气压下气体的某种物理效应的变化进行气压的测量。
在科研和工业生产中广泛使用。
按照真空计测量原理所利用的不同的物理机制，可将主要的真空计分为三大类，分别是利用力学性能、利用气体动力学效应利用带电粒子效应的真空计。
利用力学性能的真空计典型的有波尔登规（Bourdon）和电容薄膜规；利用气体动力学效应的典型真空计有皮拉尼（Pirani）电阻规和热电偶规、热传导规；利用带电粒子效应的典型真空计有热阴极电离规和冷阴极电离规。
市场上真空计的形式：真空规管+真空测量计（真空计控制器）：需配套使用。
真空变送器（真空计）：本体集成电路部分，可输出各类型号。
两种形式客户可根据实际应用进行选择，真空规和控制器的形式，主要应用在一些恶劣的现场环境或者早期的集成设备，由规管、线缆、控制器三部分组成，前期成本略高，典型优点是后期维护更换真空规便宜；随着工业自动化的发展，真空变送器（真空计）已经成为真空测量的主要产品，可根据现场能处理的信号（数字/模拟）选择相应通讯的产品。
真空计测量范围：电容薄膜真空计如上图，压力变化引起膜片不同层度的形变，使得膜片和电极之间的电容变化，通过测量电容的变化量，即可知道膜片上压力的变化。
（膜片主要有两种材质：金属膜片和陶瓷膜片）电容薄膜压力计，测量读数无关气体组分，主要受环境温度的影响（温度补偿），是测量差分或全部气体压力最准确的设备（包括蒸汽凝结、操作温度不规则的环境），目前已知产品最大测量压力为25000Torr，最低测量压力在10-5Torr左右。
真空表的工作原理
真空表的工作原理
真空表是一种测量仪器，用于测量气体或液体的压力。
它的工作原理基于以下几个关键原理：
1. 原理一：波尔定律（Boyle's Law） - 波尔定律规定在恒温下，气体的压力与其体积呈反比关系。
因此，当压力增加时，气体的体积减小；当压力减小时，气体的体积增大。
2. 原理二：弹簧原理 - 真空表通常包含一个弹簧系统，其中一
个端点与被测压力接触，而另一个端点与真空表的指针连接。
当压力作用于弹簧系统时，弹簧会发生弹性形变，这种形变对应于指针的移动。
3. 原理三：引入真空 - 真空表的工作原理是基于引入真空作为
比较基准。
当真空被建立时，指针会相应地指向零刻度。
然后，当被测压力作用于其一端时，压力将对弹簧系统产生作用，从而导致指针产生一个相对于零刻度的偏移。
综上所述，真空表的工作原理基于波尔定律和弹簧原理，通过测量压力对弹簧系统的作用来确定被测压力的大小。
电容式薄膜真空计的工作原理
电容式薄膜真空计的工作原理
它的工作原理如下：
1.当电容式薄膜真空计的电源开关打开时，控制电路中的稳压电路会
将其内部的电源电压调节为固定的电压，此时电容式薄膜滤波器就会启动，使真空探头接收到的低频信号被滤波。
2.当真空探头受到其中一真空度的影响时，探头内的真空液体的粘度
就会变化，这样就会使真空探头的滤波能力受到影响，从而影响滤波器的
频率响应特性。
3.当真空度发生变化时，滤波器内的旁路电阻也会发生变化，从而影
响滤波器的频率响应特性。
4.当电容式薄膜真空计的滤波器的频率响应特性发生变化后，它接收
到的低频信号就会发生变化，从而影响振荡电路的输出值，也就是说，当
滤波器的频率响应特性发生变化时，振荡电路的输出值也会发生变化。
5.由于振荡电路的输出值受到滤波器的频率响应特性的影响，因此，
当真空度发生变化时，振荡电路的输出值也会发生变化，从而产生一个振
荡波形。
热偶真空计工作原理
热偶真空计工作原理
热偶真空计是一种常用的真空度测量仪器，其工作原理基于热传导现象。
该仪器包含两个热敏电阻材料组成的热偶，一个作为测量电偶，一个作为参考电偶。
在真空环境中，测量电偶和参考电偶会通过导线连接到电路中，形成一个电路回路。
当电流通过热偶时，由于两个热敏电阻的温度不同，会在电压检测设备中产生一个电动势。
当真空度较高时，热偶因为缺乏气体导热的传导，只通过辐射和吸收周围环境的热辐射来散热。
因此，热偶的温度上升速度较慢。
当真空度降低时，气体分子的数目增加，会增强气体的传导热量，导致热偶的温度上升速度加快。
通过测量热偶温度上升的速度，可以推断出真空度的高低。
一般来说，在真空度较高的情况下，热偶温度上升较慢，真空度较低时，热偶温度上升较快。
通过对热偶温度上升速度进行测量和分析，可以得出真空度的数值，并将其转化为电压值显示出来。
总的来说，热偶真空计通过测量热偶温度上升的速度来间接测量真空度，从而实现对真空度的准确监测。
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2018/11/12
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4.波爾登管
量測範圍 1 atm~1torr 工作原理:波爾登真空計一端接真空系統, 一端彎成橢圓形,並封閉起來,當真空度變 化時波爾登管會產生彎曲,帶動齒輪偏轉, 來指示真空度 特性:堅固耐用,但指示粗略 指示值不隨氣體種類及成份而改 變 可量測大於一大氣壓以上 2018/11/12 6
使用範圍 1atm~10E-5torr 工作原理:電容真空計實際上與膜片 真空計相同,指示將膜片真空計的機 械偏折量轉換為電的訊號,膜片位於 兩真空度不同的電極之間,當其發生 偏折時,膜片與電極間之相對電容量 即會發生變化
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量測範圍 10torr~10E-3torr 工作原理:利用高壓氣體輝光放電的 現象以作真空系統真空度之指示 壓力大小----由放電形狀判定 氣體種類----由放電顏色決定
B-A式
來自外殼的光電子
柵極(v=180)
集極(v=0) 放射電子
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X ray
電荷產生(電離化)
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真空系統
2.U型管
大 氣 壓
h
使用範圍 1atm~10E-2torr 特性利用水銀或低蒸氣壓 必須考慮水銀或低蒸氣壓油之蒸 氣壓,一般而言低蒸氣壓之液體, 其分子量較大較重
2018/11/12
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3.膜盒真空計
使用範圍 1atm~0.1torr 工作原理:使用銅鈹合金,一端維持著 密封參考真空度,另一端接真空系統, 當真空系統壓力改變時,膜片產生偏 折,帶動指針指示真空度
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6.派藍尼真空計
使用範圍 1atm~10E-3torr 工作原理:感測頭使用熱電阻係數大 的發熱體,當係統內的壓力大時,被帶 走的熱量就愈多,發熱體溫度降低,其 電阻就跟著降低,造成惠斯登電橋不 平衡,表頭就會有電壓指示,將其刻化 成壓力之刻度指示真空度
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7.電容式真空計
5.熱電偶真計
使用範圍 1atm~10E-3torr 工作原理:真空系統中之氣體分子與燈絲 接觸並帶走熱量,真空度愈差則氣體分子 愈多,帶走的熱量則愈多,加熱燈絲的溫度 就變的愈低,熱電偶的電壓就愈低,反之溫 度愈高,熱電偶的電壓就越高,由熱電偶電 壓的大小(0~15mv)來指示真空度
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1.真空計的分類
直接式:是利用“壁”或“膜” 受力作用產生位移變化來做壓力 指示
間接式:透過某些物理上量的變 化(如熱傳導,電離)以量測真空度
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直接式真空計:
液面 U型管 麥式真空計 波爾登管 輻射真空計 膜盒真空計
固體面
間接式真空計:
能量轉移(熱導) 派藍尼 熱電偶真空計 離子真空計 冷陰極真空計
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BA式離子真空計
改良式的離子真空計,將集極的面積縮小,因此 在集極產生 x ray 的可能性小,且 x ray 在外圍 管壁所產生的光電子,也會因為集極與管壁間之 相對電壓關係,而不易到達集極。
傳統式
陰極(v=45) 光電子 外殼(v=0) 來 自 集 極 的 光 電 子
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陰極 2~3kvdc 陽極
8.放電管
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9.冷陰極真空計
量測範圍 10E-2~10E-7torr 工作原理:利用殘餘氣體的離子電流來量 測真空度,其不利用燈絲加熱產生電子,而 利用高壓真空放電產生電子,經磁場影響 呈螺旋狀運動以增加電子碰撞的機會,因 此產生較大離子電流,依其離子電流大小 作為真空度的指示
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10.離子真空計
量測範圍 10E-1~10E-12torr 工作原理:電子由陰極熱燈絲產生,被加速 衝撞氣體分子,並將氣體分子離子化,正離 子被負極所吸往,造成離子流,經由電阻造 成電壓差,將其刻畫成刻度即為壓力
集極
陰極
柵極
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X ray 效應
傳統的離子式真空計,當陰極放射出電子 衝擊到柵極時,會放射出 x ray ,放射出的 的 ｘray 有一部分被集極所吸收而產生 光電子,光電子帶負電,當離開集極向柵極 移動時,相當於帶正電的離子流向集極,造 成壓力上升的誤差, 這就稱之 x ray 效應。