冷阴极电离真空计的工作原理图
真空技术基础(电阻规 电离规)
5
接 阀门 机 械 泵
0
5
2 1 1 0 5 0 图3-3 抽气曲线
2 5
热 偶 规
时间(分)
图 3-4
定容法抽速测量装置
2. 定容法测量抽速实验 在真空系统中，对一定容积的被抽容器，随着气体逐渐被抽出，容器内压强包括抽气机进 口处的压强不断降低，因而每次抽出的气体在不断减少，抽速就不断变化。这样，抽气机 的抽速应是在某一瞬时压强下被抽气体体积对时间的导数。即：
7
根据(3-2)或(3-3)式，只要测出一系列压强、时 图 3-5 三级高真空油扩散泵 间值。可在半对数坐标纸上作出抽气曲线。求出抽 1. 进气口 6. 回油管 d ( gP) / dt 代入(3-3)式， 2. 冷凝阱 7. 扩散泵油 即可 气曲线某点的斜率 3. 冷却水套 8. 喷射喷口 求出该压强下的抽气速率。 4. 第一级喷口 9. 出气口 如只需粗略估计抽速，可求其平均抽速。 5. 第二级喷口
70
油蒸汽一起向下运动。油蒸汽被冷却水套冷却，结成油滴回到泵底循环使用，空气分子此 时向喷口下方集结。如此三级喷口逐级起作用，将进气口空气分子集结到出气口，再由机 械泵将积聚起来的气体抽走，可见扩散泵和机械泵必须串接使用才形成抽气过程获得高真 空。 一般三级油扩散泵的极限真空度为 10 帕。影响极限真空度的主要因素是油蒸汽压和 气体分子的反扩散。若加低温冷凝阱（放入干冰或液氮等），阻截油蒸汽分子进入系统， 或采用低蒸汽压扩散泵油，可使极限真空度提高 1-2 个数量级。 玻璃扩散泵的抽速一般为几十升/秒，金属扩散泵可达几百升/秒以上。 扩散泵使用注意事项： (1) 扩散泵不能单独工作，一定要用机械泵作前级泵，并使系统抽到 10 帕量级时才能 启动扩散泵； (2) 泵体要竖直，按规定量加油和选用加热电炉功率; (3) 牢记先通冷却水，后加热。结束时则应先停止加热，冷却一段时间后才能关闭。 4. 其它几种真空泵 (1) 分子泵 分子泵是靠高速转动的转子携带气体分子而获得高真空、超高真空的一种机械真空泵。 -8 工作压强范围为 1 ~ 10 帕。泵的转速为10000 转/分到 50000 转/分，这种泵的抽速范围很宽， 但不能直接对大气排气，需要配置前级泵。分子泵抽速与被抽气体的种类有关，如对氢的 抽速比对空气的抽速大 20% 。 分子泵适用于真空作业，如真空冶炼，半导体提纯，大型电子管排气、原子能工业、 空间模拟等。 (2) 吸附泵 许多化学性活泼的金属元素，如钛、钨、钼、锆、钡等都具有很强的吸气能力。其中 钛有强烈的吸气能力，在室温下性质稳定，易于加工，所以广泛用于真空技术，发展成为 一种超高真空泵¾¾钛泵。 钛泵的抽气机理是气体分子碰撞在新鲜的钛膜上，形成稳定的化合物，随后又被不断 蒸发而形成的新钛膜所复盖。新钛膜又继续吸附气体分子，如此形成稳定的抽气。钛泵对 被抽气体有明显的选择性，对活性气体抽速很大，对惰性气体抽速很小。因而往往需要扩 -6 -10 散泵等作为辅助泵。钛泵的极限真空度为 10 ~ 10 帕。 钛泵可应用于热核反应装置，加速器，空间模拟，半导体元件的镀膜技术和要求无油 污染的真空设备。 (3) 低温吸附泵 用低温介质将抽气面冷却到 20K 以下，抽气面就能大量冷凝沸点温度比该抽气面温度 高的气体，产生很大的抽气作用。这种用低温表面将气体冷凝而达到抽气目的的泵叫做低 温泵，或称冷凝泵。
《冷阴极电离真空规》课件
在真空技术中，冷阴极电离真空规是测量真空度的重要工具，能够准确测量高、中、低真空度。
在电子器件制造中，冷阴极电离真空规用于监测工艺过程中的真空度，保证产品质量。
在表面处理领域，冷阴极电离真空规用于研究表面处理工艺对材料性能的影响，提高产品性能。
冷阴极电离真空规的原理及结构
冷阴极电离真空规的测量原理及误差分析
为了提高测量精度，需要采取一系列措施，如选用高品质的电子发射材料、优化电离室的结构设计、采用高精度的电流读取设备等。此外，定期进行校准和维护也是保证测量精度的重要测量真空度的场合，如真空镀膜、电子器件制造、科学实验等。
以半导体制造为例，在半导体器件制造过程中，需要使用大量的真空设备进行薄膜沉积、刻蚀等工艺。冷阴极电离真空规作为一种高精度的真空度测量仪器，能够为这些工艺提供准确的真空度监测和控制，从而保证产品的质量和生产的稳定性。
冷阴极电离真空规的应用实例及实验结果分析
结论与展望
01
02
03
04
02
CHAPTER
冷阴极电离真空规的工作原理
在极高真空环境下，气体分子与电子碰撞产生电离现象，形成正离子和电子。
真空电离
电场作用
离子流检测
在规管内设置适当电场，正离子在电场作用下向收集极运动，电子则被排斥。
收集极收集到的正离子形成离子流，通过检测离子流的大小，可测量真空度。
03
02
01
选用具有高电子发射系数和稳定性的材料作为冷阴极。
材料选择
冷阴极需要在较低的工作温度下仍能保持稳定的电子发射能力。
特性要求
常见的冷阴极材料包括金属、合金、氧化物等。
材料种类
03
CHAPTER
冷阴极电离真空规的测量技术
冷阴极电离真空计
冷阴极电离真空计和热阴极电离真空计一样，是利用低压状态下放电电流和气体压强的关系来进行真空度测量的.冲阴极电离真空计测量原理如图8-14所示.冷阴极电离规管结构为二极管.在一个玻璃管内封装两块平行的金属平板作阴极，阴极材料-般采用在离子轰击下二次发射系数高的镍、钳及不锈钢等.在阴级之间装设一个环状阳极，阳极材料为镍、相、不锈钢及锦铬台金.冷发射(场致发射、光电效应或气体被宇宙射线电离等)产生的少量初始电子，在电场作用下得到加速，当其具有一定能量时，会使气体分子电离.电离产Байду номын сангаас的正离子在强电场的作用下，高速轰击阴极，在阴极表而打出二次电于，这些电子在正向阳极时，再与气体分子碰撞，又使气体分子电离，如此过程不断进行，终于在规管电极间形成自待放电.同时，内于在心场外面加一个正交磁场，使带电粒子在磁场中沿螺旋形轨迹向前运动，延长了带电粒子飞行路程，提高了碰撞机率(阳极作成环状也有利于延庆电子飞行路程).这样少量的初始电子，在电、磁场的作用下，在短时间内产生大量的电子和离子.只要知道放电电流与气体压强的对应关系，就可以进行真空度测量。
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在实际工作中，由于放电电流与气压之间并非简单的线性关系，所以必须通过校核定度价出标准压强值与放电电流对应关系的校准曲线，根据校准曲线，利用冲阴极电离真空计的放电电流指示，方可进行真空度测量.闯8一14中的R为限流电阻，其主要作用处保护规管.今放电电流增大时，规管电极间的电压就会下降，使通过规管的电流不致增大到产生弧光放心的危险程序.但应注意，由于R的存在，使规管电极间的电压降低，将会造成灵敏皮下降.
[b]
热阴极和冷阴极电离真空计校准证书
热阴极和冷阴极电离真空计校准证书摘要：1.热阴极和冷阴极电离真空计的概念和原理2.校准证书的作用和重要性3.热阴极和冷阴极电离真空计的校准过程4.校准证书的获取和有效性5.热阴极和冷阴极电离真空计在校准过程中的注意事项正文：热阴极和冷阴极电离真空计是实验室和工业生产中常用的一种测量真空度的仪器。
热阴极电离真空计的原理是利用热阴极发射电子，通过电场加速后撞击到阳极上产生离子，从而测量真空度。
而冷阴极电离真空计则是利用射线照射到冷阴极上产生电子，同样通过电场加速后撞击到阳极上产生离子，从而测量真空度。
校准证书是证明热阴极和冷阴极电离真空计测量结果准确性的重要文件。
它由权威的校准机构出具，包含了校准过程中所得到的各种数据和参数，可以作为使用者评估仪器性能和精度的依据。
在校准过程中，热阴极和冷阴极电离真空计需要经过一系列的校准项目，包括真空度的校准、响应时间的校准、线性度的校准等等。
这些校准项目的结果都会被记录在校准证书上。
获取校准证书的过程通常需要将热阴极和冷阴极电离真空计送到专业的校准机构进行校准。
在校准过程中，仪器会被连接到校准设备的标准电路中，进行一系列的测量和校准。
在校准完成后，校准机构会出具一份校准证书，证明仪器的测量结果准确性和精度。
在使用热阴极和冷阴极电离真空计时，需要注意的是保持仪器的清洁和维护。
长时间使用后，电离规灯丝表面可能会产生一些氧化物，这会影响到测量效果。
因此，需要定期对仪器进行清洁和维护，以保证测量结果的准确性。
同时，在使用过程中需要注意避免振动和撞击，以免影响仪器的性能和精度。
总的来说，热阴极和冷阴极电离真空计是一种重要的真空度测量仪器，它的校准证书是评估仪器性能和精度的重要依据。
Penning真空计
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟Penning 真空计Penning 真空计是利用真空中的放电现象,测量中高真空领域的温度计,测量性稳定,耐用性久为其特点。
Penning 真空计构造原理Penning 真空计利用Penning 放电现象。
通常而言,冷阴极放出的电子比热阴极少。
单纯在阴阳两极间加电压,假如压力低于0.1Pa 则不会持续放电。
为了增加电子飞行距离,从外部加磁场,这样可使在更低的压力下也可放电。
检测部如图所示,主要构造为圆筒形(或园环形)阳极。
圆板状的阴极和永久磁铁构成。
磁力线和电极的中心轴平行设置。
阳极电压2~3kV,磁场强度约1000G。
从阴极放出的电子受洛仑兹力而做螺旋运动。
同时,轴方向的空间电压如图C 所示。
电子被控制在势井内,于两侧的阴极之间做往返运动。
实际上的电子运动要比这种估算复杂得多。
但是,螺旋运动和往返运动使得电子的飞行距离大幅度增长。
电子最终会被阳极捕捉,但是在被捕捉之前多次和气体分子碰撞,在两阴极之间产生等离子体状态。
等离子体中的电子和阳极放出的电子一样会做螺旋运动和往返运动,但离子因为质量较大,螺旋运动半径较大,而且在高电位空间产生,短时间内被阴极捕捉。
Penning 放电可在0.1Pa 的压力下发生。
假设电子的数量和气体压力无关,在阴极被捕捉到的离子数量(单位时间发生电离的次数=电流),则与压力及气体分子的电离断面积成正比例。
假如知道离子电流和压力的比例系数,则可知道压力值。
电离断面积依气体分子而变化,比例系数也会因气体分子而变。
市场上的真空计通常以干燥空气或氮气为标准测出比例系数。
冷阴极电离真空计
冷阴极电离真空计是一种相对真空计。
它由规管和测量电路两部分组成。
图17示出冷阴极电离真空计的示意图。
冷阴极电离真空计与热阴极电离真空计一样，是利用低压力下气体分子的电离电流与压力有关的特性，用放电电流做为真空度的测量，由电流表CB(做为真空度指示仪表，一般用量程为o～100μA)指示出来。
所不同的在于电离源。
热阴极电离真空计是由热阴极发射电子，而冷阴极电离真空计是靠冷发射(场致发射、光电发射、气体被宇宙射线电离等)所产生的少量初始自由电子，它们在电场的作用下向阳极运动，但由于正交磁场的存在，也将施力于运动的电子，从而改变电子的运动轨迹。
在电、磁场的共同作用下，电子沿螺旋形轨道迂回地飞向阳极(这种运动轨迹实际上是一个在阳极面上具有摆线投影的曲线)，这样就大大延长了电子达到阳极的路程，使碰撞气体分子的机会增多；同时又因阳极是一个中空的环，在其中轴线附近运动的电子还可能穿过阳极环凭原有动能继续前进，而后又被带负电位的阴极排斥而折回，这样飞行中的电子可能在两阴极间往返振荡直到最后被阳极吸收为止，使电子到达阳极的实际路程远大于两极间的几何尺寸，故碰撞几率大大增加。
电子碰撞气体分子时，有一部分为电离碰撞，电离后形成的正离子在阴极上打出的二次电子，也受电场和磁场的共同作用而参与这种运动，使电离过程连锁的进行，在很短时间内雪崩式地产生大量的电子和离子，这样就形成了自持气体放电(一般称为潘宁放电)，此放电电流与压力有如下关系：I=Kp n (11)式中I--放电电流K——常数n——常数，一般在l～2之间，与规管结构有关。
图17：冷阴极电离真空计原理图图17示出的是普通型冷阴极电离真空计，其压力测量范围1～10-5Pa。
冷阴极电离真空计没有与压力无关的本底光电流。
限制其下限延伸是其场致发射；测量上限主要受限流电阻及在高压力时，电子与离子复合几率增加等限制。
m=10-11Pa。
延伸下限制成倒置磁控管与磁控管式规管如图18、图19所示，其pin冷阴极电离真空规，没有热阴极，不怕大气冲击，但其测量误差较大。
ACC2009 冷阴极皮拉尼真空计
冷阴极/皮拉尼真空计ACC 2009使用说明书1、简介注意事项▲确保合适的电源电源供应不要超过DC30V，如果超过会导致真空计损坏或者危险操作者的安全；▲确保正确的接地进行正确的接地保护以免造成电击；▲遵照章程使用真空计确保管路或者真空腔室里面没有对真空计有腐蚀的气体或者可凝性蒸汽，如果有，请用干燥空气将其排干净；▲避免过压不要将真空计用在超过其最大压力的情况下。
忽视的话可能会导致真空计爆炸，或导致传感器内部损坏，从而引起气体泄漏，两种情况都可能导致人身伤害；▲不要在含有腐蚀性气体或者毒性气体的情况下使用腐蚀性气体如含氟的气体，毒性气体，可燃性气体或者爆炸性气体，可能造成传感器内部损坏，从而导致外部气体泄漏，这可能造成人身伤害；▲产品的维修不要私自拆卸真空计的连接法兰或者电路板，参照后面关于拆卸的介绍；▲不要随意修改产品设置的参数不要非法修改真空计电气或者机械的参数；忽视可能会导致真空计损坏或者人员受伤；▲专业人员所有以上描述的操作，都要由有经过技术培训、有经验和有资质的人员来操作；2、附件描述 P/N连接线 5M 112752连接线 1OM 112753连接线 20M 112754接头“D-SUB”9P 1148483、技术参数3．1 详细描述测量原理：热传导/冷阴极原理测量范围： 5E-9～1000 mbar；测量精确性: 5E-9～1E-8 mbar,±50%；1E-8～100 mbar,±30%；100～1000 mbar,±50%；重复测量的误差：1E-8～100 mbar,5%；（环境温度25℃）；供电电压： DC 15～30V；电压波动： >2Vpp；功率消耗： 2W（电流<150mA）；防护等级： IP40；真空计自身阻抗：18ｋΩ（皮拉尼模式）15ｋΩ（冷阴极模式）名义电阻： 56～58Ω；（环境温度25℃）输出信号电压范围（0-10V+SP型）：0-10V；8.6V=1000 mbar;1.8V=5E-9 mbar; 设置点: 2个接点输出(1A30VDC);接口(RS485+SP型号):RS485;I/O连接: D-sub 9pin;连接线长度: ≤300M,1mm2温度范围: 运行时,5～55℃;储存时,-20～70℃;灯丝温度: 120℃;烘烤温度: 150℃(周围无电器件和磁性屏蔽);相对湿度: 70%(无任何冷凝);连接发兰: DN25ISOKF,DN40ISOKF,DN40CF-F;操作位置: 任何角度;内部容积: 18.3 cm3;最大承受压力: 2 bars;真空端材质: 钼\SUS304\SUS430钨\Ai2O\Fe\Ni\玻璃\黄铜;灯丝材质: 钨;3.2 真空计尺寸连接法兰：DN 25 ISO KF X=16 mm DN 40 ISO KF X=16 mm DN 40 CF-F X=35.5mm3.3 电气连接ACC2009警告：■不要用、接地或者提高电压给没有用的芯■如果用自己的连接线，针对电压选择正确的电线■连接防护接地线，避免电击■安装一个电流熔断器，以避免真空计毁坏或伤人4、真空计的连接必须使用相应的配件（Alcatel样本目录）。
冷阴极真空计
冷阴极真空计冷阴极真空计是一种常用的真空度测量设备，广泛应用于科研、制造和工业领域。
它的工作原理是利用阴极发射电子在真空中运动时，电子与气体原子或分子碰撞，使气体原子或分子离子化，形成正离子，正离子在电极间经过加速、聚焦、偏转等处理，到达阳极，从而产生电流，用以计算真空度。
下面将介绍冷阴极真空计的基本结构、工作原理和应用。
基本结构冷阴极真空计由阴极、阳极、网格、聚焦极、偏转极等组成。
其中阴极是产生高电场强度的极，通常采用大电流（10-50mA）、低电压（40-60V）的电子源，以石英、钨等材料制成。
阴极的朝向很重要，在计量区域中，一般采用感应光源或暗阴极产生电子；在试漏区，采用强流电子源。
阳极一般采用金属板，其结构形式有旋转、振动、加热等多种类型。
网格是用来筛选不同电离态的离子和电子的，是保持正常测量状态重要的部分。
聚焦极和偏转极用于使电子流、离子流和中性分子束集中，然后由该结构引导偏转并定向到阳极，以产生电流。
工作原理在冷阴极真空计内部，电子源为阴极，在激活电子源之前，需要先将真空度提高到一定程度，然后通过调节阳极电压、网格电压和阴极电压，使电子穿透网格，被强烈的电场加速，并继续穿透后面的介质，将气体分子离子化，在引入的闪烁体中发光，光强取决于离子数，在阳极电势的加速作用下，电离气体离子运动到阳极，产生光电子发射，被电子倍增器增强，转化为电流信号，从而测量真空度。
应用冷阴极真空计的应用范围非常广泛。
实验室中常用于研究气体流动、气体化学反应、太阳辐射测量、空气污染监测等领域。
在工业生产中，它常被用于材料处理、半导体制造和真空设备生产中。
总之，冷阴极真空计是一种很重要的真空度测量设备，在科学研究和工业生产中都具有重要的应用价值。
只有深入了解其结构和工作原理，才能更好地发挥其功能，为相关研究和生产提供有益的指导。
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
冷阴极电离真空计的工作原理图
冷阴极电离真空计是一种相对真空计。
它由规管和测量电路两部分组成。
图17 示出冷阴极电离真空计的示意图。
冷阴极电离真空计与热阴极电离真空计一样，是利用低压力下气体分子的电离电流与压力有关的特性，用放电电流做为真空度的测量，由电流表CB(做为真空度指示仪表，通常用量程为o～100μA)指示出来。
所不同的在于电离源。
热阴极电离真空计是由热阴极发射电子，而冷阴极电离真空计是靠冷发射(场致发射、光电发射、气体被宇宙射线电离等)所产生的少量初始自由电子，它们在电场的作用下向阳极运动，但由于正交磁场的存在，也将施力于运动的电子，从而改变电子的运动轨迹。
在电、磁场的共同作用下，电子沿螺旋形轨道迂回地飞向阳极(这种运动轨迹实际上是一个在阳极面上具有摆线投影的曲线)，这样就大大延长了电子达到阳极的路程，使碰撞气体分子的机会增多；
同时又因阳极是一个中空的环，在其中轴线附近运动的电子还可能穿过阳极环凭原有动能继续前进，而后又被带负电位的阴极排斥而折回，这样飞行中的电子可能在两阴极间往返振荡直到最后被阳极吸收为止，使电子到达阳极的实际路程远大于两极间的几何尺寸，故碰撞几率大大增加。
电子碰撞气体分子时，有一部分为电离碰撞，电离后形成的正离子在阴极上打出的二次电子，也受电场和磁场的共同作用而参与这种运动，使电离过程连锁的进行，在很短时间内雪崩式地产生大量的电子和离子，这样就形成了自持气体放电(通常称为潘宁放电)，此放电电流与压力有如下关系：
图17：冷阴极电离真空计原理图。