電阻真空規(guī)的概述
電阻真空規(guī)是皮拉尼在1906年發(fā)明的，故又稱皮拉尼規(guī)。這種規(guī)的熱絲溫度是隨壓力而變化的，由于溫度的改變導(dǎo)致熱絲電阻的變化，用測量電阻的變化來測量真空度。此規(guī)要求熱絲具有大的電阻溫度系數(shù)，以提高靈敏度；還要求熱絲具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，以減少零點漂移。
表11-3列出了一些金屬的電阻溫度系數(shù)。
定溫型電阻規(guī)的工作原理是，保持熱絲溫度不變，當(dāng)壓力變化時，熱絲的加熱功率隨之變化，調(diào)節(jié)電阻Rv，以保持惠斯登電橋平衡（電流表G指示零），從而保持規(guī)管熱絲溫度恒定。借助電阻值的改變來測量真空度(圖11-23)。
定溫型電阻規(guī)的靈敏度穩(wěn)定，其測量上限壓力可到10^5Pa;但由于電表精度、室溫變化、零點漂移等因素影響，此類電阻規(guī)的測量下限約為10^-1Pa，定溫型電阻規(guī)的特點是量程寬，反應(yīng)時間快，但是自動維持熱絲溫度恒定的電子學(xué)線路比較復(fù)雜。圖11-24是定溫型電阻規(guī)的校準(zhǔn)曲線。
定電壓型和定電流型電阻規(guī)沒有本質(zhì)的區(qū)別。圖11-25中R1是電源的內(nèi)阻。R是規(guī)管熱絲電阻。
如果R1《R，就是定電壓型。當(dāng)壓力增大時，氣體熱傳導(dǎo)增大，導(dǎo)致熱絲溫度下降、電阻R下降。由于電壓不變，R下降使電流I變大，使絲溫下降稍稍變緩，這樣靈敏度雖然變壞，但可拓寬量程。
如果R1《R，就是定電流型。當(dāng)壓力增大時，氣體熱傳導(dǎo)增大，導(dǎo)致熱絲溫度下降和電阻R下降，但是此時電流I保持不變。與定電壓型相比，定電流型絲溫下降更快，故其靈敏度較高。
這類電阻規(guī)的測量線路與定溫型電阻規(guī)相同（圖11-23），但此時惠斯登電橋是工作在非平衡狀態(tài)，輸出信號由電流表G指示。這類電阻規(guī)使用方便，已被廣泛應(yīng)用。在較高的壓力下，由于熱絲溫度下降過多，使得這類電阻規(guī)的測量上限僅為0.1Pa左右。又由于輻射傳熱量( QR)、引線傳熱量(QL)、熱絲表面狀態(tài)的變化、規(guī)管壁溫度波動和電流表靈敏度不高等因素的影響，這類電阻規(guī)的測量下限約為10^-1Pa。如能穩(wěn)定規(guī)管壁溫度或采用結(jié)構(gòu)相同的補(bǔ)償規(guī)管，則測量下限可擴(kuò)展到10^-2Pa。
圖11-26給出電阻規(guī)的定溫特性和定電流特性。該規(guī)玻璃泡殼內(nèi)徑為15mm，熱絲為直徑25μm長100mm的鉑金絲。
對熱傳導(dǎo)規(guī)的改進(jìn)和發(fā)展，主要在擴(kuò)展量程和提高反應(yīng)速度兩個方面。
例如，一種單晶半導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)規(guī)采用了微電子學(xué)的制造工藝，在薄的硅單晶片上用固態(tài)擴(kuò)散法形成電阻網(wǎng)絡(luò)。這種電阻網(wǎng)絡(luò)的表面積較大．性能參數(shù)穩(wěn)定，使此規(guī)量程擴(kuò)展為10^5Pa～10^- 3Pa，克服了一般熱敏電阻規(guī)表面積小、性能參數(shù)不穩(wěn)定和制作工藝?yán)щy等缺點。
又如一種更新的超低噪聲皮拉尼規(guī)，其量程約1Pa—6.7×10^-7Pa．壓力和輸出訊號呈線性關(guān)系，對氮氣的靈敏度為0.029V/Pa，反應(yīng)時間為10s(99%穩(wěn)定值)，漂移為6.7×10-7Pa/min。此規(guī)主要特點是：①采用鍍金的鎢絲為熱絲，熱絲的直徑為0.01mm，長為100mm。熱絲點焊在鉑環(huán)上，鉑環(huán)緊套在與玻璃封接的鉬引線上。為了消除鎳一鉬間大的熱電動勢，所以管外引線不用鎳，而選用鉬—銀一銅絲連接。熱絲溫度為220℃；②測量用規(guī)管和補(bǔ)償用規(guī)管需經(jīng)仔細(xì)挑選，使兩者的結(jié)構(gòu)和性能盡可能一致。兩支規(guī)管均放入300K的恒溫水浴中，再用泡沫聚苯乙烯盒把規(guī)管（包括水?。┖碗姌螂娐钒饋恚虎鄄捎梅浅ｌ`敏的電子檢流計進(jìn)行連續(xù)記錄。
表11-3列出了一些金屬的電阻溫度系數(shù)。
定溫型電阻規(guī)的工作原理是，保持熱絲溫度不變，當(dāng)壓力變化時，熱絲的加熱功率隨之變化，調(diào)節(jié)電阻Rv，以保持惠斯登電橋平衡（電流表G指示零），從而保持規(guī)管熱絲溫度恒定。借助電阻值的改變來測量真空度(圖11-23)。
定溫型電阻規(guī)的靈敏度穩(wěn)定，其測量上限壓力可到10^5Pa;但由于電表精度、室溫變化、零點漂移等因素影響，此類電阻規(guī)的測量下限約為10^-1Pa，定溫型電阻規(guī)的特點是量程寬，反應(yīng)時間快，但是自動維持熱絲溫度恒定的電子學(xué)線路比較復(fù)雜。圖11-24是定溫型電阻規(guī)的校準(zhǔn)曲線。
定電壓型和定電流型電阻規(guī)沒有本質(zhì)的區(qū)別。圖11-25中R1是電源的內(nèi)阻。R是規(guī)管熱絲電阻。
如果R1《R，就是定電壓型。當(dāng)壓力增大時，氣體熱傳導(dǎo)增大，導(dǎo)致熱絲溫度下降、電阻R下降。由于電壓不變，R下降使電流I變大，使絲溫下降稍稍變緩，這樣靈敏度雖然變壞，但可拓寬量程。
如果R1《R，就是定電流型。當(dāng)壓力增大時，氣體熱傳導(dǎo)增大，導(dǎo)致熱絲溫度下降和電阻R下降，但是此時電流I保持不變。與定電壓型相比，定電流型絲溫下降更快，故其靈敏度較高。
這類電阻規(guī)的測量線路與定溫型電阻規(guī)相同（圖11-23），但此時惠斯登電橋是工作在非平衡狀態(tài)，輸出信號由電流表G指示。這類電阻規(guī)使用方便，已被廣泛應(yīng)用。在較高的壓力下，由于熱絲溫度下降過多，使得這類電阻規(guī)的測量上限僅為0.1Pa左右。又由于輻射傳熱量( QR)、引線傳熱量(QL)、熱絲表面狀態(tài)的變化、規(guī)管壁溫度波動和電流表靈敏度不高等因素的影響，這類電阻規(guī)的測量下限約為10^-1Pa。如能穩(wěn)定規(guī)管壁溫度或采用結(jié)構(gòu)相同的補(bǔ)償規(guī)管，則測量下限可擴(kuò)展到10^-2Pa。
圖11-26給出電阻規(guī)的定溫特性和定電流特性。該規(guī)玻璃泡殼內(nèi)徑為15mm，熱絲為直徑25μm長100mm的鉑金絲。
對熱傳導(dǎo)規(guī)的改進(jìn)和發(fā)展，主要在擴(kuò)展量程和提高反應(yīng)速度兩個方面。
例如，一種單晶半導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)規(guī)采用了微電子學(xué)的制造工藝，在薄的硅單晶片上用固態(tài)擴(kuò)散法形成電阻網(wǎng)絡(luò)。這種電阻網(wǎng)絡(luò)的表面積較大．性能參數(shù)穩(wěn)定，使此規(guī)量程擴(kuò)展為10^5Pa～10^- 3Pa，克服了一般熱敏電阻規(guī)表面積小、性能參數(shù)不穩(wěn)定和制作工藝?yán)щy等缺點。
又如一種更新的超低噪聲皮拉尼規(guī)，其量程約1Pa—6.7×10^-7Pa．壓力和輸出訊號呈線性關(guān)系，對氮氣的靈敏度為0.029V/Pa，反應(yīng)時間為10s(99%穩(wěn)定值)，漂移為6.7×10-7Pa/min。此規(guī)主要特點是：①采用鍍金的鎢絲為熱絲，熱絲的直徑為0.01mm，長為100mm。熱絲點焊在鉑環(huán)上，鉑環(huán)緊套在與玻璃封接的鉬引線上。為了消除鎳一鉬間大的熱電動勢，所以管外引線不用鎳，而選用鉬—銀一銅絲連接。熱絲溫度為220℃；②測量用規(guī)管和補(bǔ)償用規(guī)管需經(jīng)仔細(xì)挑選，使兩者的結(jié)構(gòu)和性能盡可能一致。兩支規(guī)管均放入300K的恒溫水浴中，再用泡沫聚苯乙烯盒把規(guī)管（包括水?。┖碗姌螂娐钒饋恚虎鄄捎梅浅ｌ`敏的電子檢流計進(jìn)行連續(xù)記錄。
