真空獲得又稱為抽真空，是指通過機(jī)械、物理或化學(xué)等手段在特定容器中獲得真空的專門技術(shù)。用以產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置稱為真空泵。目前使用真空泵獲得真空的技術(shù)方法有兩種：傳輸式真空泵和捕獲式真空泵。

根據(jù)真空度的不同，又可將真空泵分為：低真空（粗真空）泵、中真空泵、高真空泵、超高真空泵。真空環(huán)境是許多精密設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件，因此真空獲得技術(shù)對(duì)于提高設(shè)備性能和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

但是，只聊真空獲得不聊真空測(cè)量是不完整的。

在真空技術(shù)的應(yīng)用中，真空獲得和真空測(cè)量通常是相互依賴的，需要先通過真空獲得技術(shù)達(dá)到所需的真空度，然后再通過真空測(cè)量技術(shù)來確認(rèn)、驗(yàn)證及監(jiān)測(cè)真空度的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性?；仡櫷晟掀凇墩婵杖绾潍@得？》的梗概，本期將為大家介紹真空領(lǐng)域的另一核心內(nèi)容：真空測(cè)量。

01.什么是真空測(cè)量

真空測(cè)量就是真空度的測(cè)量，而真空度是指低于大氣壓力^注釋的氣體稀薄程度的物理量。通常，將用以探測(cè)低壓空間稀薄氣體壓力所用的儀器稱為真空計(jì)。

注釋：

大氣壓力：通常指一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，壓強(qiáng)的單位之一。當(dāng)溫度為0℃（273.15 K）時(shí)，在重力加速度為980.655 cm/s2處（即在地球緯度為45°的海平面上），使用水銀的密度為13.5951g/cm3，則760mm高的水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

1毫米汞柱（mmHg）和1托(Torr)相近，兩者相差約千萬分之一。

1mmHg =1Torr = 133.3Pa

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm=101325Pa=760mmHg = 1.01325 bar=760Torr

02.真空計(jì)的分類

因工作原理不同，市場(chǎng)上真空測(cè)量方法多樣，催生出種類繁多的真空計(jì)。將真空計(jì)根據(jù)不同的測(cè)量方法分類，主要分類為以下兩種：

Part.1按真空度刻度方法分類

（1）絕對(duì)真空計(jì)（1）絕對(duì)真空計(jì)

直接讀取氣體壓力，其壓力響應(yīng)(刻度)可通過自身幾何尺寸計(jì)算出來或由測(cè)力確定。絕對(duì)真空計(jì)對(duì)所有氣體都是準(zhǔn)確的且與氣體種類無關(guān)，屬于絕對(duì)真空計(jì)的有U型壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)和熱輻射真空計(jì)等。

（2）相對(duì)真空計(jì)

（2）相對(duì)真空計(jì)

一些氣體壓力有函數(shù)關(guān)系的量來確定壓力，不能通過簡單的計(jì)算，必須進(jìn)行校準(zhǔn)才能。相對(duì)真空計(jì)一般由作為傳感器的真空計(jì)規(guī)管(或規(guī)頭)和用于控制、指示的測(cè)量器組成。讀數(shù)與氣體種類有關(guān)。相對(duì)真空計(jì)的種類很多，如熱傳導(dǎo)真空計(jì)和電離真空計(jì)等。

Part.2按真空計(jì)測(cè)量原理分類

除極少數(shù)幾種真空計(jì)是直接測(cè)量壓力外，其它多數(shù)方法是間接測(cè)量的。測(cè)量真空度的辦法通常是在待測(cè)的氣體中制造一定的物理現(xiàn)象，如加熱、電離、放電等，然后測(cè)量這個(gè)過程中與氣體壓力有關(guān)的某些物理量，如傳熱、離子電流、電容等，再利用測(cè)量出的物理量間接轉(zhuǎn)換成真空壓力值。

將真空計(jì)按照測(cè)量原理分類，大致可分為以下幾種：

（1）用氣體熱學(xué)特征類真空計(jì)

通過測(cè)量氣體分子在真空中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或動(dòng)力學(xué)效應(yīng)來推算真空度，典型代表有皮拉尼（Pirani）電阻規(guī)和熱電偶規(guī)。

a）皮拉尼電阻規(guī)

利用熱絲在真空中的熱傳導(dǎo)效應(yīng)來測(cè)量真空度。當(dāng)真空度發(fā)生變化時(shí)，熱絲的熱傳導(dǎo)性能會(huì)受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致電阻發(fā)生變化。通過測(cè)量電阻的變化，可以推算出真空度的數(shù)值。皮拉尼電阻規(guī)具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)。

b）熱電偶規(guī)

利用熱電效應(yīng)進(jìn)行真空度測(cè)量的儀器，其核心原理在于熱電偶的溫差電勢(shì)與周圍氣體壓力的關(guān)系。隨著真空度的變化，熱電偶的溫差電勢(shì)也會(huì)相應(yīng)改變，從而提供關(guān)于真空度的信息。熱電偶規(guī)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷等特點(diǎn)。

（2）利用氣體動(dòng)力學(xué)效用類真空計(jì)

通過測(cè)量與真空相連的容器表面受到的壓力作用而產(chǎn)生的彈性變形或其他力學(xué)性能變化來推算真空度的。典型代表有波爾登規(guī)（Bourdon）和薄膜電容規(guī)。

a）波爾登規(guī)

利用彈性元件（如波紋管）在壓力作用下的變形來測(cè)量真空度。當(dāng)氣體壓力作用在波紋管上時(shí)，波紋管會(huì)產(chǎn)生變形，這種變形可以通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)，從而指示出真空度的大小。

b）電容薄膜真空計(jì)

利用薄膜的形變與電容的變化關(guān)系來測(cè)量真空度。當(dāng)氣壓發(fā)生變化時(shí)，薄膜會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生形變，這種形變會(huì)導(dǎo)致電容的改變，進(jìn)而通過測(cè)量電容的變化量來推算出真空度的數(shù)值。薄膜電容規(guī)具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)。

如圖所示，在不同壓力下金屬膜片受力不同會(huì)有不同尺度的變形，使得金屬膜片和電極之間的電容變化，通過測(cè)量電容的變化量，即可知道金屬膜片上氣壓的變化。這種規(guī)的測(cè)量范圍一般橫跨4個(gè)量級(jí)，比如可能是0.01Pa至100Pa、0.1Pa至1000Pa等。

（3）利用帶電粒子效用類真空計(jì)

通過測(cè)量氣體分子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中被荷能粒子碰撞電離后產(chǎn)生的離子流或電子流來推算真空度。典型代表有熱陰極電離規(guī)和冷陰極電離規(guī)。

a)熱陰極電離規(guī)

通過加熱陰極使其發(fā)射電子，進(jìn)而與氣體分子發(fā)生碰撞并電離。電離產(chǎn)生的離子流隨壓力變化，通過測(cè)量離子流的變化可以推算出真空中氣體分子的密度，進(jìn)而得到壓力大小。熱陰極電離規(guī)能夠提供高精度的真空度測(cè)量，常用于科研和高精度工業(yè)領(lǐng)域。

b)冷陰極電離規(guī)

同熱陰極一樣，也是利用電離氣體分子收集離子電流的原理，不同的是，冷陰極利用磁控放電電離氣體分子產(chǎn)生離子。在測(cè)量過程中無需加熱陰極，因此具有較低的能耗和更高的可靠性。它特別適用于需要長時(shí)間連續(xù)工作的場(chǎng)合，如大型科研設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)線。其測(cè)量精度和穩(wěn)定性也相當(dāng)出色。

03.真空測(cè)量的特點(diǎn)

l測(cè)量壓力范圍寬，10⁵～10^-14Pa。

l大部分真空計(jì)是間接測(cè)量，只有壓力為10⁵～10Pa時(shí)，可直接測(cè)單位面積所受的力。

l采用電測(cè)技術(shù)，反應(yīng)迅速，靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

l大部分真空計(jì)的讀數(shù)與氣體種類和成分有關(guān)。所以測(cè)量時(shí)要特別注意被測(cè)量氣體種類和成分，否則會(huì)造成很大誤差。

l測(cè)量精度不高。

04.選擇真空計(jì)的原則

l在要求的壓力區(qū)域內(nèi)有要求的精度。

l被測(cè)氣體是否會(huì)損傷真空計(jì)；真空計(jì)可否會(huì)給被測(cè)氣體狀態(tài)帶來影響。

l靈敏度與氣體種類有關(guān)否。

l可否連續(xù)指示、電氣指示以及反應(yīng)時(shí)間長短。

l穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性、可靠性和壽命如何。

l還要看真空計(jì)的安裝方法、操作性能、保修、管理、市場(chǎng)有無銷售、購買的難易程度和規(guī)格如何。

l是否具備耐腐蝕性。特殊的真空介質(zhì)中，如強(qiáng)酸、鹽堿環(huán)境下，要求真空計(jì)具備一定的耐腐蝕性能。

l是否耐高溫。高溫的工藝環(huán)境下，對(duì)真空計(jì)中的敏感及電子元器件有較高的要求，不能發(fā)生失效、漂移情況的發(fā)生。