通過(guò)測(cè)量與壓力有關(guān)的熱損失來(lái)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(guò)分子碰撞傳遞的。轉(zhuǎn)移效率取決于顆粒的平均自由程長(zhǎng)度。在一定的壓力范圍內(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(duì)流,熱輻射,連接器插針處的熱損耗等。
Pirani真空計(jì)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(zhǎng)度在50到100 mm之間)將熱量傳遞給氣體,同時(shí)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(shí)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(cè)量加熱器電壓和定義的參考電壓之間的差。實(shí)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍從10 -4 mbar到大氣壓,以及±10%的精度,足以滿足大多數(shù)應(yīng)用的要求。
氣體的導(dǎo)熱率也是分子平均速度的函數(shù),因此也是氣體顆粒分子量的函數(shù)。由于這個(gè)事實(shí),熱損失真空計(jì)根據(jù)氣體類型測(cè)量壓力。通常,儀器會(huì)針對(duì)氮?dú)夂涂諝膺M(jìn)行校準(zhǔn)。使用其他氣體(例如氬氣,氦氣)進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)格外小心。例如,用氬氣排放腔室會(huì)在腔室中產(chǎn)生輕微的過(guò)壓,而皮拉尼壓力表則無(wú)法顯示。
在高于10 mbar的壓力范圍內(nèi),氣體對(duì)流會(huì)增加,并且運(yùn)動(dòng)會(huì)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(shuō)明。對(duì)流增強(qiáng)型Pirani壓力計(jì)可實(shí)現(xiàn)500到1300 mbar之間的范圍內(nèi)的精度改進(jìn),在該方法中,外殼壁溫度的測(cè)量方法與Pirani絲相似,并在信號(hào)處理步驟中進(jìn)行了考慮。這不僅補(bǔ)償了由于條件變化引起的熱損失的變化;通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)流和定義的安裝位置,還可將精度提高2%。
熱損失真空計(jì)的低價(jià)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(shì)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。但是,熱電偶的測(cè)量范圍和精度受到限制。