皮拉尼真空计适用于哪些气体环境

皮拉尼真空计通过测量气体分子热导率来间接推算压力，其适用性受气体种类影响显著。不同气体的热导率、分子量及化学性质差异会导致测量误差或设备限制。以下是皮拉尼真空计适用的气体环境及关键注意事项：

一、适用气体类型

1. 常见工业气体（适用性高）

• 空气（N₂/O₂混合）：

• 皮拉尼真空计的标准校准气体，测量精度高（误差通常<±5%）。

• 适用于大气环境监测、真空包装、干燥设备等场景。

• 惰性气体（N₂、Ar、Ne）：

• 热导率与空气接近（如N₂与空气几乎相同，Ar约为空气的0.6倍），无需特殊校准即可直接使用。

• 常见于半导体制造、电子束焊接等需要惰性保护的工艺。

• 水蒸气（H₂O）：

• 热导率高于空气（约1.9倍），但皮拉尼真空计在低浓度水蒸气环境中仍可工作。

• 限制：高湿度环境可能导致加热丝氧化，需选择耐腐蚀型号（如镀金加热丝）。

2. 高导热气体（需校准或修正）

• 氢气（H₂）、氦气（He）：

• 热导率：H₂是空气的7倍，He为6倍，导致相同压力下加热丝散热更快，电阻变化更显著。

• 影响：若未校准，测量值会偏低（如实际压力为10⁻² mbar的He可能被读为10⁻³ mbar）。

• 解决方案：

• 选择支持多气体校准的型号（如Agilent VARIO-S），输入气体种类后自动修正。

• 手动乘以修正系数（如He的修正系数约为0.15，即读数×0.15为实际压力）。

• 氨气（NH₃）、甲烷（CH₄）：

• 热导率高于空气（NH₃约1.3倍，CH₄约1.4倍），需轻微修正但误差通常可接受。

• 注意：NH₃具有腐蚀性，需选择耐化学腐蚀的传感器（如陶瓷加热丝）。

3. 低导热气体（量程受限或需特殊设计）

• 大型有机分子气体（如SF₆、C₆H₆）：

• 热导率：SF₆仅为空气的0.1倍，C₆H₆更低，导致散热极慢。

• 影响：加热丝温度过高可能触发保护机制，量程上限可能降低（如从1000 mbar降至100 mbar）。

• 解决方案：选择高温型皮拉尼真空计（如Pfeiffer TPR 275，耐温≥150℃），或改用电离规测量。

• 重金属蒸气（如Hg、Pb）：

• 分子量大且热导率低，易在加热丝表面沉积，导致测量漂移或损坏。

• 限制：通常不适用，需采用冷阴极规或薄膜规。

二、不适用的气体环境

1. 强腐蚀性气体

• 氯气（Cl₂）、氟化qing（HF）、溴蒸气（Br₂）：

• 会直接腐蚀加热丝（如W、Pt）或传感器外壳，导致短路或读数失效。

• 替代方案：选择全金属密封、耐腐蚀的电离规（如Pfeiffer PKR 350）。

2. 高反应性气体

• 氧气（O₂）在高温下：

• 纯氧环境（如>90%）可能加速加热丝氧化，缩短寿命。

• 注意：部分型号（如MKS 611B）通过镀金加热丝或惰性气体保护延长使用寿命。

• 一氧化碳（CO）、氢气（H₂）在电火花环境下：

• 可能引发爆炸风险，需避免在易ran气体环境中使用皮拉尼真空计（除非通过防爆认证）。

3. 极低压力下的轻气体

• 氦气（He）在<10⁻⁴ mbar时：

• 分子密度过低导致热导率变化微弱，皮拉尼真空计灵敏度显著下降。

• 替代方案：切换至电离规（如冷阴极规）进行测量。

三、气体环境选择的关键参数

参数影响推荐措施热导率（λ）λ越高，散热越快，测量值偏低；λ越低，散热越慢，量程受限。选择支持多气体校准的型号，或手动输入修正系数。分子量（M）M越大，热导率越低（如SF₆的M=146，λ=0.012 W/m·K；He的M=4，λ=0.151 W/m·K）。避免在低导热气体中使用标准型号，优先选择高温型或电离规。化学活性腐蚀性或氧化性气体可能损坏传感器。选择耐腐蚀材料（如陶瓷加热丝、全金属密封），或隔离气体接触（如使用缓冲罐）。爆炸风险易ran气体需防爆设计。选择通过ATEX认证的防爆型号（如Pfeiffer Vacuum EX-P）。

四、典型应用场景与气体匹配

应用场景典型气体推荐皮拉尼型号注意事项半导体CVD工艺SiH₄、NH₃、Ar、N₂Edwards APG200-LC（多气体校准）需校准SiH₄等特殊气体，避免NH₃腐蚀选择镀金加热丝。真空镀膜（金属蒸发）Ar、H₂、HePfeiffer TPR 275（高温型）H₂/He需修正系数，蒸发大型金属时改用电离规。真空干燥（食品/药品）H₂O、空气Leybold BCG 300（耐湿型）高湿度环境需定期清洁加热丝，避免水蒸气冷凝。科研实验（表面分析）CO、O₂、稀有气体Agilent VARIO-S（自动气体识别）CO环境需防爆设计，O₂环境选择抗氧化加热丝。高压气体泄漏检测CH₄、He、空气MKS Instruments 611B（宽量程）CH₄泄漏检测需修正热导率，He检测需防爆认证。

总结

皮拉尼真空计适用于大多数常见工业气体（如空气、N₂、Ar）及部分高导热气体（如H₂、He），但需通过校准或修正系数提高精度。不适用的环境包括强腐蚀性气体、高反应性气体、极低压力下的轻气体，以及存在爆炸风险的场景。选择时需重点关注气体的热导率、化学活性及爆炸风险，并优先选择支持多气体校准、耐腐蚀或防爆设计的型号。

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