測量容器中或某部分空間氣體的稀薄程度（即真空度）的技術(shù),。真空測量技術(shù)在真空電子器件工藝,、固態(tài)電子器件工藝、集成電路工藝,、表面分析技術(shù)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,。真空度常用容器中氣體的總壓強(qiáng) P來表示。氣體壓強(qiáng)的測量單位是牛頓/米²,，簡稱帕（Pa）,，傳統(tǒng)上氣體壓強(qiáng)單位采用毫米汞柱，后來發(fā)現(xiàn)汞的同位素組成不是*的,，故在1971年計(jì)量會議規(guī)定

1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝101325.0帕＝760托 （Torr）

1毫米汞柱（mmHg）和1托相近,，兩者相差約千萬分之一。壓強(qiáng)的另一單位是巴（bar）,，

1巴＝10⁶達(dá)因/厘米²＝10⁵帕

故　　　　 1毫米汞柱≈1托≈133.3帕＝1.333毫巴
　　氣體的稀薄程度也可以用氣體分子密度（單位容積中氣體分子數(shù)）n來描述,。對于*平衡態(tài)的理想氣體分子,P＝nkT,k為玻耳茲曼常數(shù),T為溫度。測量真空度的裝置稱為真空計(jì),，真空計(jì)的壓強(qiáng)敏感元件稱為規(guī)頭,。某些真空計(jì)可直接測量氣體總壓強(qiáng)，某些真空計(jì)雖然也給出壓強(qiáng)讀數(shù),，而實(shí)際測量的是氣體分子密度，測量結(jié)果與環(huán)境溫度有關(guān),。當(dāng)容器中同時(shí)存在多種氣體成分時(shí),，容器中氣體總壓強(qiáng)等于各氣體分壓強(qiáng)之和?？倝簭?qiáng)測量方法可分為直接法和間接法兩種,。直接法利用液柱差,、機(jī)械變形等原理直接測量壓強(qiáng)，包括液位壓強(qiáng)計(jì),、壓縮式真空計(jì),、彈性元件真空計(jì)等。根據(jù)前兩種儀器測出的物理量可算出壓強(qiáng)值,，屬于真空計(jì),。間接法利用氣體某些物理性質(zhì)（如熱傳導(dǎo)、粘滯性,、電離及光散射效應(yīng)等）來測量壓強(qiáng),，包括熱傳導(dǎo)真空計(jì)、粘滯真空計(jì)及電離真空計(jì)等,。在真空技術(shù)中使用的真空計(jì)絕大多數(shù)采用間接法,，這些真空計(jì)必須用真空計(jì)或其他方法校準(zhǔn)。對于用間接法測量的真空計(jì),，由于不同種類氣體的物理性質(zhì)不同,，即使在相同壓強(qiáng)下，壓強(qiáng)讀數(shù)也隨氣體而異,，因此要用相應(yīng)的氣體來校準(zhǔn),。當(dāng)被測氣體不是單一成分時(shí)，這些真空計(jì)的讀數(shù)的含義較為復(fù)雜,。由于一般真空計(jì)校準(zhǔn)時(shí)所采用的氣體是純氮,，因此這些真空計(jì)的讀數(shù)在未經(jīng)氣體種類修正之前統(tǒng)稱為等效氮壓強(qiáng)。當(dāng)被測空間包含多種氣體成分時(shí),，只有通過分壓強(qiáng)測量才能地反映容器中的真空狀態(tài)和總壓強(qiáng),。
　　各種真空計(jì)的測量范圍見表。在選擇真空計(jì)類型時(shí),，除考慮測量范圍外,，還應(yīng)注意各種真空計(jì)的準(zhǔn)確度、對工作條件的適應(yīng)性,、對被測環(huán)境的影響（如真空規(guī)頭本身放氣,、吸氣的影響）和壓強(qiáng)讀數(shù)是否與氣體種類有關(guān)等。

壓縮式真空計(jì) 　又稱麥克勞計(jì),。它將汞提升,，把體積為V、初始壓強(qiáng)與被測壓強(qiáng)P相同的氣體壓縮到末端封閉的毛細(xì)管1中,，然后測量封閉毛細(xì)管1和比較毛細(xì)管2兩者的汞液面高度差,。根據(jù)理想氣體等溫壓縮原理,封閉毛細(xì)管中的壓強(qiáng)為PV/πr²h₁，而比較毛細(xì)管上的壓強(qiáng)仍為P,兩者的壓強(qiáng)差對應(yīng)于汞液面高度差h,，汞液面高度可由讀數(shù)顯微鏡讀出,，如 V»πr²h₁,則P埄πr²h₁h/V,，單位為毫米汞柱。麥克勞計(jì)不能測量可凝氣體的壓強(qiáng),。為了防止汞蒸氣進(jìn)入被測容器,，一般用液氮冷阱隔離。麥克勞計(jì)笨重,，汞蒸氣對人體有害,，主要作標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)用。在10^-2帕和10^-3帕?xí)r,，它的精度分別可達(dá)±1％和±3％,，高壓強(qiáng)下精度更高。

電容薄膜真空計(jì) 　屬彈性元件真空計(jì),。一彈性薄膜將規(guī)管真空室分為兩個(gè)小室,，即參考壓強(qiáng)室和測量室。測量低壓強(qiáng) （P＜100帕）時(shí),，參考室抽至高真空,其壓強(qiáng)近似為零,。當(dāng)測量室壓強(qiáng)不同時(shí)，薄膜變形的程度也不同,。在測量室中有一固定電極,，它與薄膜形成一個(gè)電容器。薄膜變形時(shí)電容值相應(yīng)改變,，通過電容電橋可測量電容的變化從而確定相應(yīng)壓強(qiáng)值,。為了防止薄膜發(fā)生蠕變，通常采用零位法測量,，即在固定電極和薄膜之間加一直流電壓,，利用靜電力補(bǔ)償薄膜受壓強(qiáng)差而產(chǎn)生的應(yīng)力，使膜片保持零位,。電容薄膜真空計(jì)可直接測量氣體或蒸氣的壓強(qiáng),，測量值與氣體種類無關(guān)、結(jié)構(gòu)牢固,、可經(jīng)受烘烤,，如對不同壓強(qiáng)范圍采用不同規(guī)頭，可得到較高精度,。電容薄膜真空計(jì)可用于高純氣體監(jiān)測,、低真空精密測量和壓強(qiáng)控制，也可用作低真空測量的副標(biāo)準(zhǔn),。

熱傳導(dǎo)真空計(jì) 　利用氣體在不同壓強(qiáng)下熱傳導(dǎo)能力隨之變化的原理測量氣體壓強(qiáng),。在這類真空計(jì)中，以一定加熱電流通過裝有熱絲的規(guī)頭，熱絲的溫度決定于加熱和散熱之間的平衡,。散熱能力是氣體壓強(qiáng)的函數(shù)，故熱絲的溫度隨壓強(qiáng)而變化,。如用一附加的熱偶測量熱絲的溫度,，則這種規(guī)頭稱為熱偶規(guī)；如利用熱絲本身的電阻值來反映溫度,，則稱電阻規(guī)或皮喇尼規(guī),。氣體熱傳導(dǎo)只在低壓強(qiáng) （P＜100帕）下隨壓強(qiáng)變化，而低至10^-1帕?xí)r氣體熱傳導(dǎo)又不是主要的散熱方式,，因此熱傳導(dǎo)真空計(jì)主要用于100～10^-1帕范圍,，采取特殊措施可擴(kuò)大測量范圍。熱傳導(dǎo)真空計(jì)的指示不但和氣體種類有關(guān),，而且易受熱絲表面污染,、環(huán)境溫度等因素影響，故準(zhǔn)確度不高,，只作粗略的真空指示用,。
　　粘滯真空計(jì) 　利用在真空中轉(zhuǎn)動或振動的物體受氣體分子阻尼作用而發(fā)生運(yùn)動衰減的現(xiàn)象來測量氣體壓強(qiáng)。氣體分子的阻尼力與壓強(qiáng)有關(guān),。實(shí)際使用的粘滯真空計(jì)主要有磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)和振膜真空計(jì),。磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)利用可控磁場把不銹鋼球懸浮在真空中，用旋轉(zhuǎn)磁場把鋼球加速到400轉(zhuǎn)／秒,，然后停止加速,任其自然衰減,，用電子學(xué)方法測量其轉(zhuǎn)速衰減率，從而確定壓強(qiáng),。這種真空計(jì)具有很高的測量精度,，吸氣、放氣速率小,，壓強(qiáng)指示受氣體種類影響小,，如鋼球表面鍍金則可在較惡劣的氣氛下工作。然而這種真空計(jì)在高真空端的讀數(shù)受振動影響較大,測量時(shí)間也較長,。因此,這種真空計(jì)可作為 1～10^-4 帕范圍內(nèi)的副標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)或用作標(biāo)準(zhǔn)傳遞真空計(jì),。
　　電離真空計(jì) 　簡稱電離計(jì)，利用氣體電離的原理來測量壓強(qiáng),。電離真空計(jì)分為熱陰極和冷陰極兩大類,。熱陰極電離真空計(jì)的規(guī)頭中通常有三個(gè)電極，即陰極,、陽極和收集極,，分別起發(fā)射電子、加速電子和收集離子的作用。電子從陰極向陽極運(yùn)動的過程中使氣體電離,，如果忽略二次電離效應(yīng)（指電離過程中產(chǎn)生的新電子受電場加速又獲得電離能力并引起新的電離）,，每個(gè)從陰極發(fā)出的電子所產(chǎn)生的正離子數(shù)和空間的氣體密度成正比，因此在一定溫度下和壓強(qiáng)成正比,。所以收集極接收的離子流I_i＝SI_eP,，I_e為陰極電子發(fā)射電流，S為比例常數(shù),，稱為電離計(jì)系數(shù),。在一定溫度下用標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)校驗(yàn)電離計(jì)系數(shù)后,，即可根據(jù)離子流的大小確定壓強(qiáng),。熱陰極電離計(jì)規(guī)頭主要類型和結(jié)構(gòu)如圖3,。陰極一般采用鎢絲，陽極可做成柵網(wǎng)狀,，使電子能在其兩側(cè)來回穿行以增加電子的行程,，故又稱柵極。三極管型電離計(jì)收集極為圓筒形并置于柵極外側(cè),，其壓強(qiáng)測量范圍是 10^-1～10^-5帕,。當(dāng)工作壓強(qiáng)高于10^-1帕?xí)r，鎢絲壽命縮短,而且由于二次電離效應(yīng),，離子流與壓強(qiáng)的關(guān)系開始偏離線性,。涂氧化釷或氧化釔的銥絲陰極可工作在高達(dá) 100帕的壓強(qiáng)下并有相當(dāng)長的壽命，這種燈絲即使在大氣中加熱也不致?lián)p壞,。如果電離計(jì)規(guī)頭采用這種燈絲,，并把陽極和收集極都做成特殊形式，縮短電極間距離,，降低陽極電壓,，使氣體電離幾率降低（即電離計(jì)系數(shù)降低），則這種電離計(jì)可以測量10^-3～100帕的壓強(qiáng),，稱為高壓強(qiáng)電離計(jì),。三極管型電離計(jì)測量低壓強(qiáng)的下限決定于收集極的光電流，即由于電子打在陽極上產(chǎn)生的軟 X射線照射到收集極上引起光電發(fā)射,，光電流便構(gòu)成收集極電流的本底,。當(dāng)光電流占離子流的10％時(shí)即達(dá)到電離計(jì)的測量下限。將電離計(jì)規(guī)頭收集極做成細(xì)絲并放在柵極軸線位置上,，燈絲位于柵極外側(cè),，這時(shí)電離計(jì)的靈敏度變化不大，而由于收集極面積小,，它所截獲的X射線比三極管型減少3個(gè)數(shù)量級,，這種電離計(jì)可測量低至10^-8 帕的壓強(qiáng),。它是1950年由貝亞得和阿爾玻特提出的，故稱BA計(jì),。為測量10^-9 帕或更低的壓強(qiáng)可采用調(diào)制 BA 計(jì),、引出極電離計(jì)、彎柱電離計(jì)或熱陰極磁控電離計(jì)等,。這些電離計(jì)還能在一定程度上排除柵極電子誘導(dǎo)脫附離子對壓強(qiáng)測量的影響,。

　冷陰極電離計(jì)靠陰極光電發(fā)射（或場致發(fā)射）和正離子轟擊陰極所引起的二次發(fā)射提供電子，利用磁場加長電子行程,。一般冷陰極電離計(jì)（如潘寧計(jì)）的軸向磁場約300～400高斯，陽極電壓為1000～2000伏,，靈敏度系數(shù)為10^-2安／帕,，工作范圍為1～10^-4 帕。冷陰極電離計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,、牢固,，在工業(yè)真空系統(tǒng)中作真空粗略指示或控制用。如增強(qiáng)其磁場并采用類似磁控管的結(jié)構(gòu),，測量下限可擴(kuò)展至10^-8～10^-9帕,，然而這種電離計(jì)在接近低壓強(qiáng)端，I_i-P曲線呈非線性,，有時(shí)因放電模式變化,，曲線出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，對測量有一定影響,。

磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)工作原理

根據(jù)磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的衰減與其周圍氣體分子的外摩擦有關(guān)的原理制成的真空測量儀表稱為磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì),。

圖22：磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)圖

     由圖22可見，除了用于磁懸浮轉(zhuǎn)子的螺旋線圈2外,，在真空室下邊還設(shè)置一敏感線圈5,，通過伺服電路控制螺旋線圈2的電流，使轉(zhuǎn)子懸浮在預(yù)定高度,。在真空室兩側(cè)的一對驅(qū)動線圈3產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,，驅(qū)動轉(zhuǎn)子以每秒200～400轉(zhuǎn)的速度自轉(zhuǎn)。雖然轉(zhuǎn)子在給定的垂直位置會自動地趨向磁場zui強(qiáng)處（一般在垂直對稱軸上）,，但若受外界擾動,，轉(zhuǎn)子將圍繞軸作水平振動。圖中緊臨真空室下方的阻尼鋼針6可使這種振動衰減,。

     這種真空計(jì)是基于氣體分子對自由旋轉(zhuǎn)鋼球的減速作用而工作的,。當(dāng)鋼球被驅(qū)動線圈的磁場從靜止加速到每秒400轉(zhuǎn)速之后，停止驅(qū)動場,，由于氣體分子摩擦的積分作用引起鋼球自轉(zhuǎn)速度衰減,，其轉(zhuǎn)速衰減與氣體壓力p有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,。

     磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)，量程寬（10-1～10-5Pa）,，用它作互校傳遞標(biāo)準(zhǔn)時(shí),，累積誤差小，可靠性重復(fù)性好,。
　　真空計(jì)的校準(zhǔn) 　有三種方法,。①直接比對法：從大氣壓到10^-3 帕可采取和真空計(jì)直接比對的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。②膨脹法：使小體積的,、壓強(qiáng)已知的氣體在等溫情況下膨脹到大體積中,，從而得到低的已知壓強(qiáng)。如果減小器壁吸附和真空計(jì)吸氣,、放氣的影響,，此法校準(zhǔn)下限可達(dá)10^-5 帕,精度達(dá)±3％。③動態(tài)流導(dǎo)法：利用氣體通過小孔在其兩側(cè)產(chǎn)生壓強(qiáng)差的原理,。如已知小孔流導(dǎo),，測出流量和小孔一側(cè)的壓強(qiáng)便可算出另一側(cè)壓強(qiáng)。此法的校準(zhǔn)范圍是10^-2～10^-7帕,，然而低壓強(qiáng)端的校準(zhǔn)精度只有±10％左右,。