德國LEYBOLD萊寶真空計分類
德國萊寶真空計可分為***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***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)與壓力的關系間接測量,其測量精度較低,而且測量結(jié)果還與被測氣體種類和成分有關。因此相對真空計必須用***真空計標定和校準后方能用作真空測量。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(shù)。真空技術需要測量的壓力范圍為105~10-11帕,甚至更小,寬達16個數(shù)量級以上,尚無一種真空計能適用于從粗真空(105~102帕)、低真空(102~10-1帕)、高真空(10-1~10-5帕)、超高真空(小于10-5帕)到極高真空(小于10-10帕)的全范圍測量,因而有多種真空計。***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***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、***)。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(tǒng)。根據(jù)兩邊管中的壓差所造成的液柱差可測出被測真空系統(tǒng)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***真空計。這種真空計一般用硬質(zhì)玻璃制成(圖2a)。A是一根與被測真空系統(tǒng)相連接的開管,D、B為內(nèi)徑相同的毛細管,V為球泡,其體積遠大于毛細管。測量時,通過活塞2抽真空,然后用活塞1充氣,使***儲存器C中的***上升到覆沒交叉口ΜΜ′,則D、V和B、A內(nèi)的氣體被隔成兩個區(qū)域。再充氣繼續(xù)提高***液面,D、V內(nèi)的氣體則進一步被壓縮,壓力***。這樣D、B間存在的壓差可由***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***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帕時的精度小于或等于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(guī)管和測量線路兩部分組成。電阻式規(guī)管(圖3)是在管殼內(nèi)封裝著一條電阻溫度系數(shù)較大的電阻絲,常用的為鎢或鉑絲。測量時,規(guī)管與被測真空系統(tǒng)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***,電阻值增大;反之,電阻值減小。因此根據(jù)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,主要用于高真空測量。它是由圓筒式熱陰極電離規(guī)管(圖4)和測量線路兩部分組成。這種規(guī)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(guī)管與被測真空系統(tǒng)相連。通電后,熱陰極發(fā)射電子,在飛向帶正電位的加速極的路程中與管內(nèi)空間的低壓氣體分子碰撞,使氣體分子電離。電離所產(chǎn)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。在被測氣體壓力低于10-1帕的狀況下,當電子流Ie恒定時,離子流Ii與被測真空系統(tǒng)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。這種真空計的測量范圍為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(fā)射的電子撞擊加速極時產(chǎn)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(fā)射,因而就在離子流測量回路中增加一個與被測壓力無關的剩余光電流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,人們又研制出BA式電離規(guī)管(圖5)。它是將收集極改為針形,并與陰極的位置對換,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(guī)管和測量線路兩部分組成(圖6)。規(guī)管一般由兩塊平行的陰極、一個環(huán)形的陽極和產(chǎn)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(guī)管的電極系統(tǒng)又置于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(chǎn)生的放電電流是被測壓力的函數(shù),所以放電電流的大小可作為壓力的度量。
德國LEYBOLD萊寶真空計按真空度刻度方法分類
(1)***真空計:直接讀取氣體壓力,其壓力響應(刻度)可通過自身幾何尺寸計算出來或由測力確定。***真空計對所有氣體都是準確的且與氣體種類無關,屬于***真空計的有U型鎊壓力計、壓縮式真空計和熱輻射真空計等。
(2)相對真空計:由一些氣體壓力有函數(shù)關系的量來確定壓力,不能通過簡單的計算進刻度,必須進行校準才能刻度。相對真空計一般由作為傳感器的真空計規(guī)管(或規(guī)頭)和用于控制、指示的測量器組成。讀數(shù)與氣體種類有關。相對真空計的種類很多,如熱傳導真空計和電離真空計等。
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。
(2)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***性電離真空計等。
(5)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(zhì)判定真空度,一般僅能作為定性測量。
(6)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(zhuǎn)子真空計。
(7)場致顯微儀:以吸附和解吸時間與壓力關系計算壓力。
(8)分壓力真空計:利用質(zhì)譜技術進行混合氣體分壓力測量。常用的有四極質(zhì)譜計、回旋質(zhì)譜計和射頻質(zhì)譜.