热电偶真空计的工作原理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)实用真空技术 作者:郭方准

  热电偶真空计的构造如图1所示,气体分子承担的热传导量与压强成正比是热电偶真空计的工作原理。

热电偶真空计的构造图

图1 热电偶真空计的构造图

  金属圆筒内部设有一根灯丝,两端连接电极,通电后灯丝会发热。灯丝的热量会通过气体分子碰撞灯丝、热辐射和固体热传导等方式被夺走。设单位时间内以上述三种方式夺走的热量分别为Qg、Qr、Qs,则平衡状态下以下公式成立:

热电偶真空计的工作原理

  式中

  Q———单位时间灯丝放出的热量;

  R———灯丝的电阻;

  I———灯丝的电流。

  气体的平均自由程比灯丝的直径大很多时,Qg 通过自由分子的热传导被表示为

热电偶真空计的工作原理

  式中

  α———适当常数;

  Λ———分子的热传导率;

  d———灯丝直径;

  a———灯丝长度;

  T———灯丝温度;

  T0———金属圆筒的温度;

  p———气体压强。

  Qs 和Qr 可以分别表示为

热电偶真空计的工作原理

  式(4-8)代表电极的热传导,其中S是灯丝的断面积,κ是固体的热传导率,L是电极的长度。式(4-9)代表热辐射,σ和ε分别是玻尔兹曼常数和固体辐射率。如果保持T和T0一定,则式(4-8)和式(4-9)为常数。如果用I20R表示一定量的固体热传导和热辐射,则式(4-6)可以表示为

热电偶真空计的工作原理

  I0 是灯丝的电流,不断弥补固体热传导和热辐射而带来的热量损失。A是不依存压强的常数。如果已知灯丝的电阻R、电流I0 及常数A,则可以通过式(4-10)求得压强p。

  热电偶真空计的压强测量范围在0.1~300Pa,具有以下优点:

  (1)结构简单、容易制造、容易操作;

  (2)工作温度、工作电压较低;

  (3)所测读数为全压强,并且能够实现远距离的连续测量。

  但是,热电偶真空计具有受温度影响大、读数时间滞后、读数因气体种类而异、读数需要校准等缺点。

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