皮拉尼真空计的工作原理是什么?

 

皮拉尼真空计(Pirani Gauge)原理

核心:气体热导率随压力变化,加热丝散热快慢反映真空度 它属于热传导式真空规,传感元件是一根铂/钨细电阻丝(灯丝),通电发热;灯丝同时是测温元件,电阻随温度变化,接入惠斯通电桥检测信号。

过程

  1. 气压高(真空差):气体分子多、碰撞频繁,带走灯丝热量多 → 灯丝温度低、电阻小
  2. 气压低(真空好):分子稀少,气体导热变弱 → 散热变少,灯丝温度升高、电阻变大

灯丝总散热分三块:气体分子导热(和压力相关,测量信号来源)、热辐射、支架固体导热(基本固定,属于底噪)

两种工作模式(冈野OKANO这类工业皮拉尼大多是恒温模式)

  1. 恒温模式(恒电阻,常用) 反馈电路不断调节加热电流,把灯丝温度固定。压力越低,维持温度需要的加热功率越小,测功耗/电流换算压力,稳定性更好。
  2. 恒流模式 给灯丝固定电流,测灯丝电阻变化,对应温度、压力;结构简单,但容易受环境温度干扰。

要点

  • 量程:一般约 0.1 Pa ~ 1000 Pa(10⁻³ mbar ~ 10 mbar),粗真空、中真空区间
  • 缺点:读数和气体种类有关(氮气、氩气、氢气导热能力不一样,换气体要重新校准);极限真空再高时,气体导热几乎消失,没法继续测量
  • 标配温度补偿电阻,抵消环境温度漂移,也是惠斯通电桥的一臂