电离真空计

     电离真空计是通过使气体分子电离,测量离子数量而得出压力的真空计,被用于高真空至超高真空领域,定量性能优异。

    和先前所讲的冷阴极型Penning真空计不同,热阴极电离真空计中使气体电离的电子,是通过加热电热丝来获得。准确来讲应称之为热阴极型电离真空计,但平时多被直接简单称为电离真空计。        

    电离真空计的基本构造为电热丝(F),加速和捕捉电子的阳极网(G),捕捉离子的集电器(C)而构成。

　  右图是检测真空的中心部分。加热电热丝之后,有热电子放出,电子被有正电压的阳极网加速。因为阳极网是用细的金属丝做成网状,所以大部分的电子没有被捕捉而穿过阳极网。因为对面的阳离子集电器带负电压,所以电子无法到达阳离子集电器而在其表面被反弹回来。这样电子在电热丝和阳离子集电器之间往返运动,最终被阳极网捕捉。

    电热丝和阳离子集电器之间如果有气体分子,往返运动的电子会与其碰撞而产生阳离子和电子,生成的电子同样做往返运动最终被阳极网捕捉。而在阳极网和阳离子集电器之间生成的阳离子则被阳离子集电器捕捉。阳离子集电器的捕捉效率为a,电子使气体分子电离的几率为σ,气体分子密度为n,电热丝放出的热电子的电流为Ie,电子被阳极网捕捉前飞行的平均距离为L,阳离子集电器检测出的电流为Ii,则

　　Ｉi = Ｉe·ｎσＬａ　　　　　　(1)

    L,a,σ 是常数。如果控制Ie为一定值,则Ii和n成正比例。假设气体是理想气体,通过方程式p=nkT,则可知Ii和P成正比例。也就是所测得离子电流就可知气体压力。

　　Ｉi = ＳＩe·ｐ　　　　(2)

    S被称为电离真空计系数或感度,其值通常由实验而定。一般的电离真空计,S值大约为0.1~0.3/Pa。