真空計的結構組成

真空計（Vacuum Gauge）是用于測量真空系統中壓力的儀器，其結構組成因類型不同而存在差異。以下介紹幾種常見真空計的結構組成：

一、薄膜式真空計

原理：利用薄膜兩側的壓力差使薄膜變形，通過機械或電子方式測量變形量來反映真空度。
主要結構：

1. 測量元件

1. 薄膜：通常為金屬（如不銹鋼）或非金屬材質，分隔被測真空區域與參考壓力區域（如大氣或已知壓力腔）。

2. 參考壓力腔：密封的低壓力或大氣壓力腔體，與薄膜一側相連。

2. 傳動機構

1. 連桿 / 彈簧：將薄膜的變形傳遞至顯示或轉換裝置（如指針、電位器）。

3. 顯示裝置

1. 指針表盤：直接顯示壓力值（如真空表）。

2. 電子信號轉換器：將機械位移轉換為電信號（如電壓、電流），用于遠傳顯示或控制。

二、熱傳導式真空計（熱偶真空計、皮拉尼真空計）

原理：利用氣體熱傳導率隨壓力變化的特性測量真空度。
主要結構：

1. 傳感器探頭

1. 加熱元件：如鉑絲、鎢絲，通電后保持恒溫或恒定功率。

2. 溫度檢測元件：

1. 熱偶真空計：熱電偶（如銅 - 康銅），測量加熱絲的溫度變化（壓力降低時，氣體熱傳導率下降，加熱絲溫度升高）。

2. 皮拉尼真空計：電阻絲（如鉑電阻），通過惠斯通電橋測量電阻變化（壓力降低時，電阻絲散熱減少，溫度升高導致電阻變化）。

2. 信號處理電路

1. 放大溫度或電阻信號，轉換為壓力值并顯示。

三、電離式真空計（熱陰極電離真空計、冷陰極電離真空計）

原理：通過電離氣體分子產生離子流，離子流強度與壓力成正比。

1. 熱陰極電離真空計

結構：

· 電離規管：

· 燈絲（陰極）：通電加熱后發射電子（如鎢絲、銥絲）。

· 加速極（柵極）：帶正電位，吸引電子并加速，使電子與氣體分子碰撞電離。

· 收集極（陽極）：帶負電位，收集離子流。

· 電源與測量電路：提供燈絲電壓、柵極電壓，測量離子流并轉換為壓力值。

2. 冷陰極電離真空計

結構：

· 電離規管：

· 陰極：通常為兩塊平行金屬板，施加直流高壓或高頻電壓。

· 陽極：環形或圓柱形，位于陰極之間，施加正高壓。

· 磁場：由永恒磁鐵或電磁線圈產生，使電子在電場和磁場中做螺旋運動，增加電離效率。

· 高壓電源：產生強電場使氣體分子電離，無需加熱燈絲。

四、電容式真空計（電容薄膜真空計）

原理：利用薄膜與固定電極間的電容變化測量壓力差。
主要結構：

1. 電容傳感器

· 測量薄膜：金屬或陶瓷薄膜，作為電容的動極板。

· 固定電極：與薄膜平行的金屬電極，作為電容的定極板。

· 參考壓力腔：密封的高真空或已知壓力腔體，與固定電極一側相連。

2. 信號處理電路

· 測量電容變化（壓力差導致薄膜變形，改變極間距），通過電子電路轉換為壓力值。

五、其他類型真空計

1. 石英晶體真空計

· 結構：石英晶體振蕩器（表面涂覆吸氣體材料），氣體吸附導致晶體質量變化，頻率偏移反映壓力。

2. 放射性真空計

· 結構：放射性源（如 β 射線源）、電離室，射線使氣體電離，測量離子流反映壓力。

3. 磁偏轉真空計

· 結構：離子源、磁場分析器、離子收集器，利用不同質荷比離子的偏轉特性測量氣體組成與壓力。

總結：真空計的核心組件

盡管不同類型真空計結構差異較大，但通常包含以下核心部分：

· 敏感元件：直接感受壓力變化（如薄膜、加熱絲、電離規管）。

· 信號轉換裝置：將物理量（位移、溫度、離子流、電容）轉換為電信號。

· 顯示與處理單元：放大信號、校準并顯示壓力值，部分具備數據輸出功能。

實際應用中，真空計常根據測量范圍（低真空、高真空、超高真空）和精度要求選擇類型，如皮拉尼真空計適用于低真空，電離真空計適用于高真空測量。