熱損失真空計
通過測量與壓力有關(guān)的熱損失來確定氣壓
取決于粒子數(shù)密度的熱傳導(dǎo)是氣體的另一特征。能量是通過分子碰撞傳遞的。轉(zhuǎn)移效率取決于顆粒的平均自由程長度。在一定壓力范圍內(nèi),熱傳導(dǎo)與壓力成正比。但是,必須考慮分散效應(yīng),例如氣體對流,熱輻射,連接器插針處的熱損耗等。
Pirani真空計的基本概念依賴于加熱到恒定溫度的細(xì)線,該溫度明顯高于真空中周圍氣體的溫度。導(dǎo)線(典型直徑:5…25 μm;長度在50到100 mm之間)將熱量傳遞給氣體,同時也是電路的一部分,例如惠斯通電橋。取決于壓力的溫度可以從監(jiān)視的導(dǎo)線電阻得出。由于在Pirani設(shè)備中的技術(shù)實現(xiàn),因此可以監(jiān)控與電線電阻成正比的電能。
用于溫度穩(wěn)定的惠斯通電橋也可以測量加熱器電壓和定義的參考電壓之間的差。實際電壓和參考電壓之間的差在壓力值下被調(diào)整為零,在此壓力下,導(dǎo)熱不再起作用。該校準(zhǔn)主要消除了導(dǎo)線連接器引腳處的熱輻射和熱傳導(dǎo)的不良影響。
Pirani真空計的優(yōu)點是從10?-4?mbar到大氣壓的寬范圍測量范圍,以及±10%的精度,足以滿足大多數(shù)應(yīng)用的要求。
氣體的熱導(dǎo)率也是分子平均速度的函數(shù),因此也是氣體顆粒分子質(zhì)量的函數(shù)。因此,熱損失真空計根據(jù)氣體類型來測量壓力。通常,儀器已針對氮氣和空氣進行校準(zhǔn)。使用其他氣體(例如氬氣,氦氣)進行測量時應(yīng)格外小心。例如,用氬氣排放腔室會在腔室中產(chǎn)生輕微的過壓,而皮拉尼壓力表則無法顯示出來。
在高于10 mbar的壓力范圍內(nèi),氣體對流會增加,并且運動會受到重力的影響。因此,重要的是要考慮儀表的安裝位置并遵循制造商的說明。對流增強型Pirani壓力計可實現(xiàn)500到1300 mbar之間范圍內(nèi)的精度改進,在該方法中,外殼壁溫度的測量方法與Pirani絲相似,并在信號處理步驟中進行了考慮。這不僅補償了由于條件變化引起的熱損失的變化;通過調(diào)節(jié)對流和定義的安裝位置,還可將精度提高2%。
熱損失真空計的低價版本是熱電偶。那些以恒定功率加熱電線并確定其溫度。這種設(shè)置的明顯優(yōu)勢是設(shè)計簡單。但是,熱電偶的測量測量范圍和精度受到限制。