皮拉尼真空計(jì)的工作原理核心是 “氣體熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)的相關(guān)性",即利用低氣壓環(huán)境中氣體分子密度(隨壓強(qiáng)變化)對(duì)加熱元件散熱效率的影響,通過測(cè)量加熱元件的溫度或功耗變化,反向推算環(huán)境真空度(壓強(qiáng))。以下從物理基礎(chǔ)、核心邏輯、測(cè)量電路模式三個(gè)層面,層層拆解其工作機(jī)制:
要理解原理,首先需明確:
真空環(huán)境中,氣體的熱傳導(dǎo)能力與壓強(qiáng)直接相關(guān)。
氣體的熱傳遞主要通過三種途徑實(shí)現(xiàn),而皮拉尼真空計(jì)的測(cè)量范圍(10?1~10?? Pa,中低真空)恰好滿足 “分子熱傳導(dǎo)起主導(dǎo)作用" 的條件:
分子熱傳導(dǎo):氣體分子碰撞加熱元件(燈絲)時(shí),帶走熱量并傳遞給周圍環(huán)境 / 器壁;
熱輻射:燈絲通過電磁波向周圍輻射熱量;
固體熱傳導(dǎo):燈絲通過引線、支架向設(shè)備外殼傳遞熱量;