按照真空计测量原理所利用的不同的物理机制,可将主要的真空计分为三大类,分别是利用力学性能、利用气体动力学效应和利用带电粒子效应的真空计。
利用力学性能的真空计典型的有波尔登规(Bourdon)和薄膜电容规;利用气体动力学效应的典型真空计有皮拉尼(Pirani)电阻规和热电偶规;利用带电粒子效应的典型真空计有热阴极电离规和冷阴极电离规。
波尔登规
细的铜管受气体压力不同会有舒展现象,会带动杠杆和齿轮旋转,使得指针指示在不同刻度上,即可读出相应的气压值。
这种规的测量范围一般在100Pa至1atm。
薄膜电容规
在不同压力下金属膜片受力不同会有不同尺度的变形,使得金属膜片和电极之间的电容变化,通过测量电容的变化量,即可知道金属膜片上气压的变化。
这种规的测量范围一般横跨4个量级,比如可能是0.01Pa至100Pa、0.1Pa至1000Pa等。
这种规的优点是灵敏度很高。缺点是必须在高于环境温度的恒温条件下使用,以消除温度不同对膜片力学性能的影响,使用前一般需要预热数小时。
皮拉尼电阻规
皮拉尼电阻规也叫做热电阻真空计,它是利用电阻与温度之间关系的原理工作的。
由于不同气压下气体分子热传导能力不同,当给热丝加恒定的电流时,由于气压不同通过气体传导走的热量不同,热丝所保持的温度就不同,这导致热丝电阻大小不同,通过测量热丝电阻大小就可以推算气压大小。
如果配合电桥测量热丝电阻的变化,将有效提高测量的准确度。
这种规的测量范围一般在0.1Pa至1000Pa。
由于不同气体在相同气压时导热性不同,所以这种规需要在不同的使用气体下标定。
热电偶规
热电偶规与皮拉尼电阻规基本原理一致,只是它不用测量热丝电阻的变化,而是用热电偶直接测量热比的温度变化。
测量范围一般与在0.1Pa至1000Pa。
与皮拉尼电阻规一样,这种规也需要在不同的使用气体下标定。
热阴极电离规
热阴极电离规中,由热阴极即灯丝发射电子,电离真空中的气体分子,产生离子,由收集极收集产生的离子,形成离子电流,通过测量离子电流的大小即可推算出真空中气体分子的密度,进而得到气压大小。
这种规的测量范围一般为1.0E-05Pa至0.1Pa。
经改进后的热阴极电离规,Bayard-Alpert规,可以将测量下限降低至1.0E-09Pa。
由于不同气体在相同气压下的电离率不同,这种规在使用时也需要在不同气体下进行标定。
冷阴极电离规
冷阴极电离规也是通过电离气体分子收集离子电流的方法进**压测量,但与热阴极电离规不同的是,它是利用磁控放电电离气体分子产生离子。
这种规的测量范围一般为1.0E-07Pa至0.1Pa。
与热阴极电离规同样的原因,这种规在使用时需要在不同气体下标定。