电离真空计是一种通过电离气体分子并测量离子数(电流)来获得压力读数的真空计。其测量范围覆盖10⁻⁸ Pa以上的高真空至超高真空领域,具有优异的定量性能,因而被广泛应用。
电离真空计是测量高真空的核心部件,通过电离气体分子并测量产生的离子流来测定真空度。根据电离方式的不同,主要分为以下两类:
一、热阴极电离真空计
工作原理:通过加热灯丝(阴极)发射热电子,电子在飞向阳极栅过程中获得足够能量,与气体分子碰撞使其电离,收集极测量产生的离子流,该电流与气体压力成正比。
优点:测量准确、稳定性好、线性度佳,是高真空测量的主流选择。
缺点:
X射线效应:电子撞击阳极栅会产生软X射线,照射收集极后引发光电子发射,形成与压力无关的“本底电流”,导致在超高真空(约<10⁻⁸ Pa)下测量值偏离真实压力。
化学清除:灯丝高温会使活性气体分子(如氧气)解离并被吸附,造成“抽气效应”,影响实际压力。
灯丝烧毁风险:在较高压力(如>10⁻² Pa)或突然暴露大气时,炽热的灯丝易氧化烧毁。
二、冷阴极电离真空计
工作原理:利用高压电场在真空中引发放电(冷阴极不加热),并施加外部磁场。电子在电场和磁场的共同作用下(洛伦兹力),进行螺旋运动,极大增加了与气体分子碰撞的电离概率,形成自持的等离子体放电。离子流与压力成正比。
优点:
结构坚固,无热丝,不怕大气冲击,寿命长。
无X射线本底电流限制,可测量更高的真空度(通常可达10⁻¹² Pa量级)。
缺点:
放电稳定性:在低压下放电可能不稳定,甚至存在“放电延迟”或“熄火”现象。
污染敏感:阴极表面污染会严重影响电子发射,导致测量不准。
强磁场干扰:真空计自身的强磁场可能干扰周围设备(如离子源),安装位置需审慎考虑。
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