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皮拉尼真空计的工作原理是什么?

更新时间:2024-06-07    访问次数:502

  皮拉尼真空计的工作原理可以详细阐述如下:


  皮拉尼真空计,作为一种常用的真空度量仪器,其工作原理基于气体分子在电场中的电离现象以及热传导效应。该真空计主要由两个电极构成:一个正极和一个负极。在真空计的管道内,还设置有一个辅助电极,形成一个环形结构,称为填充物环,其中充满了一定压力的惰性气体,如氖气、氩气或氙气等。


  首先,当皮拉尼真空计工作时,电阻丝被加热至一定的工作温度。在这个过程中,气体分子与电阻丝发生碰撞,带走电阻丝的部分能量,导致电阻丝的温度发生变化。这种热丝的能量损失与热丝周围的气体浓度及气体成分成比例关系。随着真空度的不同,单位体积内的空气分子数也会有所不同,因此电阻丝的温度和电阻值也会相应改变。


  其次,还利用了惠斯通电桥的补偿原理。在电路中,一灯丝作为电阻之一,当灯丝所在的气体分子密度改变时,其热导率会发生变化,进而影响电阻值的大小。通过测量这一电阻值的变化,可以间接推算出真空度的变化。


  最后,当真空计的负极电压逐渐增大时,正电子在填充物环中得到电离,进而引发惰性气体的离子化。随着离子的增多,电子和正离子之间的碰撞事件也会增加,形成一个电子云环。这个电子云环在电场的作用下,向电极移动,导致电流的增加。通过测量电流和负极电压之间的关系,可以进一步推算出真空度的大小。


  综上所述,皮拉尼真空计的工作原理涉及到了气体分子与电极之间的碰撞、电阻丝的温度变化、惠斯通电桥的补偿原理以及电子云环的形成等多个方面。通过这些复杂的物理过程,能够实现对真空度的准确测量。

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