真空计的结构组成

真空计（Vacuum Gauge）是用于测量真空系统中压力的仪器，其结构组成因类型不同而存在差异。以下介绍几种常见真空计的结构组成：

一、薄膜式真空计

原理：利用薄膜两侧的压力差使薄膜变形，通过机械或电子方式测量变形量来反映真空度。
主要结构：

1. 测量元件

1. 薄膜：通常为金属（如不锈钢）或非金属材质，分隔被测真空区域与参考压力区域（如大气或已知压力腔）。

2. 参考压力腔：密封的低压力或大气压力腔体，与薄膜一侧相连。

2. 传动机构

1. 连杆 / 弹簧：将薄膜的变形传递至显示或转换装置（如指针、电位器）。

3. 显示装置

1. 指针表盘：直接显示压力值（如真空表）。

2. 电子信号转换器：将机械位移转换为电信号（如电压、电流），用于远传显示或控制。

二、热传导式真空计（热偶真空计、皮拉尼真空计）

原理：利用气体热传导率随压力变化的特性测量真空度。
主要结构：

1. 传感器探头

1. 加热元件：如铂丝、钨丝，通电后保持恒温或恒定功率。

2. 温度检测元件：

1. 热偶真空计：热电偶（如铜 - 康铜），测量加热丝的温度变化（压力降低时，气体热传导率下降，加热丝温度升高）。

2. 皮拉尼真空计：电阻丝（如铂电阻），通过惠斯通电桥测量电阻变化（压力降低时，电阻丝散热减少，温度升高导致电阻变化）。

2. 信号处理电路

1. 放大温度或电阻信号，转换为压力值并显示。

三、电离式真空计（热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计）

原理：通过电离气体分子产生离子流，离子流强度与压力成正比。

1. 热阴极电离真空计

结构：

· 电离规管：

· 灯丝（阴极）：通电加热后发射电子（如钨丝、铱丝）。

· 加速极（栅极）：带正电位，吸引电子并加速，使电子与气体分子碰撞电离。

· 收集极（阳极）：带负电位，收集离子流。

· 电源与测量电路：提供灯丝电压、栅极电压，测量离子流并转换为压力值。

2. 冷阴极电离真空计

结构：

· 电离规管：

· 阴极：通常为两块平行金属板，施加直流高压或高频电压。

· 阳极：环形或圆柱形，位于阴极之间，施加正高压。

· 磁场：由永恒磁铁或电磁线圈产生，使电子在电场和磁场中做螺旋运动，增加电离效率。

· 高压电源：产生强电场使气体分子电离，无需加热灯丝。

四、电容式真空计（电容薄膜真空计）

原理：利用薄膜与固定电极间的电容变化测量压力差。
主要结构：

1. 电容传感器

· 测量薄膜：金属或陶瓷薄膜，作为电容的动极板。

· 固定电极：与薄膜平行的金属电极，作为电容的定极板。

· 参考压力腔：密封的高真空或已知压力腔体，与固定电极一侧相连。

2. 信号处理电路

· 测量电容变化（压力差导致薄膜变形，改变极间距），通过电子电路转换为压力值。

五、其他类型真空计

1. 石英晶体真空计

· 结构：石英晶体振荡器（表面涂覆吸气体材料），气体吸附导致晶体质量变化，频率偏移反映压力。

2. 放射性真空计

· 结构：放射性源（如 β 射线源）、电离室，射线使气体电离，测量离子流反映压力。

3. 磁偏转真空计

· 结构：离子源、磁场分析器、离子收集器，利用不同质荷比离子的偏转特性测量气体组成与压力。

总结：真空计的核心组件

尽管不同类型真空计结构差异较大，但通常包含以下核心部分：

· 敏感元件：直接感受压力变化（如薄膜、加热丝、电离规管）。

· 信号转换装置：将物理量（位移、温度、离子流、电容）转换为电信号。

· 显示与处理单元：放大信号、校准并显示压力值，部分具备数据输出功能。

实际应用中，真空计常根据测量范围（低真空、高真空、超高真空）和精度要求选择类型，如皮拉尼真空计适用于低真空，电离真空计适用于高真空测量。