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皮拉尼真空計(jì)工作原理

更新時(shí)間:2025-12-01      瀏覽次數(shù):74

1. 核心物理規(guī)律

氣體的熱傳導(dǎo)分為三種方式:分子熱傳導(dǎo)(氣體分子碰撞傳遞熱量)、熱輻射(燈絲向周圍輻射熱量)、固體熱傳導(dǎo)(燈絲通過(guò)引線向支架傳遞熱量)。在皮拉尼真空計(jì)的測(cè)量范圍(10?1~10?? Pa)內(nèi):
  • 固體熱傳導(dǎo)和熱輻射的熱量損失基本固定(與壓強(qiáng)無(wú)關(guān));

  • 分子熱傳導(dǎo)的熱量損失與壓強(qiáng)近似成正比(壓強(qiáng)越高,氣體分子越密集,碰撞燈絲帶走的熱量越多)。

2. 測(cè)量電路的兩種工作模式

皮拉尼真空計(jì)的燈絲(通常為鉑絲、鎢絲)既是加熱元件,也是溫度敏感元件(電阻隨溫度變化),電路通過(guò)兩種模式維持燈絲溫度穩(wěn)定,并檢測(cè)功耗變化:

(1)恒流模式

  • 向燈絲通入恒定電流,燈絲發(fā)熱后,熱量通過(guò)氣體分子傳導(dǎo)、輻射、固體傳導(dǎo)三種途徑散失;

  • 當(dāng)環(huán)境壓強(qiáng)降低時(shí),分子熱傳導(dǎo)減弱,燈絲散熱減少,溫度升高,電阻增大;

  • 通過(guò)測(cè)量燈絲的電阻變化(間接反映溫度變化),推算壓強(qiáng)(電阻與壓強(qiáng)呈對(duì)應(yīng)關(guān)系)。

(2)恒溫模式(更常用,精度更高)

  • 通過(guò)反饋電路調(diào)節(jié)燈絲電流,使燈絲溫度始終保持恒定(與環(huán)境溫度的差值固定);

  • 當(dāng)壓強(qiáng)降低時(shí),分子熱傳導(dǎo)減弱,燈絲所需的加熱電流減?。ňS持溫度所需功耗降低);

  • 直接測(cè)量燈絲的電流(或功耗)變化,與校準(zhǔn)曲線對(duì)比,輸出壓強(qiáng)值(電流與壓強(qiáng)呈線性關(guān)系,校準(zhǔn)更簡(jiǎn)單)。


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