5.4　热传导真空计

热传导真空计是通过测量保持在不同温度的两固定元件表面间热能的传递来测量压力的一种真空计。这种基于与压力有关的气体热传导性的真空计有电阻真空计、热偶真空计、热敏真空计、双金属片真空计。最常用的是电阻真空计和热偶真空计。

5.4.1　电阻真空计（皮拉尼真空计）

由于热传导真空计最终归结为测量真空中热丝的温度，所以如何测量这个温度就成为问题的焦点。电阻真空计又称皮拉尼真空计，电阻真空规如图5-5所示，它主要由热丝、外壳和支架等三部分组成。上面真空计管的开口端与被测真空系统相连接。热丝采用电阻温度系数大的金属丝（钨、铂等），两条支架引线与测量线路连接。当热丝加热电流恒定时，热丝温度是随压力而变化的。当压力p降低时，由于气体热传导散失的热量Q也减少，因此热丝温度T就上升，热丝的电阻R就增大，用测量热丝电阻值R的大小来间接地确定压力p值，即

这就是电阻真空计的工作原理。

1—外壳；2—热丝；3—支架；p—被测压力

电阻值的变化，用一惠氏电桥来测量，如图5-6所示。真空规管的热丝作为电桥的一臂，另一个完全与规管相同，预先抽到10-2～10-3Pa的封离管D作为电桥的另一臂，电桥的另两臂由性能稳定的电阻R1、R2组成。Rv为可变电阻，用于调节电桥平衡。

使用前，将真空规管抽到10-2～10-3Pa的高真空，此时调节电阻Rv将电桥调到平衡，电流表M指示为零。当待测压力p逐渐上升时，由于气体将规管热丝热量导走，引起热丝温度下降，热丝电阻降低，电桥失去平衡，电流表M读数增加。经绝对真空计校准后，可给出压力与电流表读数的关系曲线，即电阻真空计的校准曲线，如图5-7所示。由图可见，不同气体有不同的校准曲线，这是因为气体的热传导系数与气体种类有关。还可看出，电阻真空计的测量范围在100～10-1Pa之间。

上述测量热丝电阻的方法称为恒电压法。当压力较高时（p>100Pa），测量灵敏度下降，为此通常采用恒温法，即维持热丝温度不变，当压力变化时，热丝的加热功率随之变化，调节Rv，以保持电桥平衡，从而保持规管热丝温度恒定，其原理如图5-8所示。Rv为可变电阻，供调节电桥平衡用。电桥的供电由电子放大器供给，电桥的不平衡信号用以控制放大器。测量时，将电子放大器输出调到一定数值，并将电桥调到平衡，这时热丝就处于一定温度，当压力升高时，热丝温度下降，电桥失去平衡，送出信号到放大器输入端，使放大器提高输出电压，于是整个电桥的输入电流增大，使热丝温度重新升高，直到恢复到原来温度为止。此时电桥恢复平衡，放大器的输出电压就停止在这个新位置上。

R—规管电阻；p—被测压力

恒温型电阻真空计的灵敏度稳定，其测量上限压力可到105Pa。受电表精度、室温变化、零点漂移等因素影响，测量下限约为10-1Pa。恒温型电阻真空计的校准曲线见图5-9。

5.4.2　热偶真空计

热偶真空计的热丝温度由一细小的热电偶来测量。所谓热电偶是指任何两根不同的金属（图5-10），当其两个接头的温度不相等时便出现温差电效应的装置。实验证明：当材料选定后，回路的热电势仅取决于两接点的温度T、T0。热电势的大小仅与热电偶的材料和接点温度有关，而与材料的具体形状及几何尺寸无关。

利用热电偶进行真空测量的规管如图5-11所示。它有一根钨或铂制的加热丝，另由两根不同的金属丝组成一对热电偶。热电偶的一端（热端）与热丝在O点焊住，另外两端分别焊于芯柱引线上。多数热偶真空计是按定流型方式工作的，即热丝的加热电流为常数。使用时，通一定电流于热丝，热丝温度增高，热电偶出现热电势，它的大小可由毫伏（mV）表或电位差计读出。在加热电流保持一定情况下，热丝的平衡温度取决于气体压力。当压力p下降时，气体热传导Q下降，O点温度T升高，热电偶热电势ε增加，毫伏表指示上升，即

Pt—加热铂丝；A，B—热电偶丝；O—热电偶接点；mV—毫伏表；mA—毫安表；Rv—可变电阻；K—开关

因此，热电势ε的大小亦就取决于气体压力p。国产DL-3型热偶真空计的校准曲线见图5-12。

5.4.3　热传导真空计的优缺点

热传导真空计具有下列优点：

①它反映的是总压力，即被测容器的真实压力；

②能连续测量，并能远距离读数；

③结构简单，容易制造；

④即使突然遇到大气，亦不烧坏。

热传导真空计存在的缺点是：

①校准曲线因气体种类而异，故对于空气测得的校准曲线，不能直接用于其他气体；

②有热惯性，压力变化时热丝温度的改变常滞后一些时间，读数亦滞后一些时间；

③受外界温度的影响较大，故规管必须安装于不易受辐射热或对流热的地方；

④老化现象较严重，必须经常校准。