Dit type vacuümmeter meet de druk niet rechtstreeks als een oppervlaktegerelateerde kracht, maar indirect door middel van andere fysieke variabelen die evenredig zijn aan het aantal deeltjesdichtheid en dus aan de druk. De vacuümmeters met gasafhankelijke drukaflezing omvatten: de decrementmeter, de vacuümmeter voor thermische geleidbaarheid en de ionisatievacuümmeter met verschillende ontwerpen. 

De instrumenten bestaan uit de daadwerkelijke sensor (meterkop, sensor) en de bedieningseenheid die nodig is om deze te bedienen. De drukschalen of digitale displays zijn meestal gebaseerd op stikstofdrukken; als de werkelijke druk p_T van een gas (of damp) moet worden bepaald, moet de aangegeven druk p_I worden vermenigvuldigd met een factor die kenmerkend is voor dit gas. Deze factoren verschillen naargelang het type instrument en worden ofwel in tabelvorm als drukonafhankelijke factoren gegeven (zie tabel 3,2) ofwel, indien ze afhankelijk zijn van de druk, aan de hand van een diagram bepaald (zie afb. 3,11). 

In principe geldt het volgende: 
Werkelijke druk p_T = aangegeven druk p_I · correctiefactor 
Als de druk wordt afgelezen op een 'stikstofschaal' maar niet wordt gecorrigeerd, verwijst men naar 'stikstofequivalente' waarden. 

Bij alle elektrische vacuümmeters (hieronder vallen ook vacuümmeters die afhankelijk zijn van het type gas) heeft het toenemende gebruik van computers geleid tot de wens om de druk rechtstreeks op het scherm weer te geven, bijvoorbeeld om deze op de juiste plaats in een processtroomschema in te voegen. Om zo veel mogelijk gestandaardiseerde computerinterfaces te kunnen gebruiken, worden in plaats van een sensor- en weergave-eenheid (bijv. THERMOVAC-zender, Penning-zender, IONIVAC-zender enz.) zogenaamde zenders (signaalomvormers met gestandaardiseerde stroomuitgangen) gebouwd. Meetversterkers hebben een voedingsspanning nodig (bijv. +24 volt) en leveren een drukafhankelijk stroomsignaal dat lineair is over het gehele meetbereik van 4 tot 20 mA of 0 – 10 V. De drukwaarde wordt pas geleverd nadat dit signaal aan de computer is geleverd en door de betreffende software is verwerkt en vervolgens direct op het scherm wordt weergegeven. 

Klassieke natuurkunde leert en bevestigt experimenteel dat de thermische geleidbaarheid van een statisch gas onafhankelijk is van de druk bij hogere drukwaarden (deeltjesdichtheid), p > 1 mbar. Bij lagere drukwaarden, p < 1 mbar, is de warmtegeleiding echter drukafhankelijk.

Het neemt af in het middenvacuümbereik vanaf ca. 1 mbar evenredig aan de druk en bereikt een waarde van nul in het hoogvacuümbereik. Deze drukafhankelijkheid wordt gebruikt in de vacuümmeter voor thermische geleidbaarheid en maakt een nauwkeurige meting (afhankelijk van het type gas) van drukken in het middenvacuümbereik mogelijk. 

Het meest gebruikte meetinstrument van dit type is de Pirani-vacuümmeter. Een stroomvoerende gloeidraad met een straal van r₁ verwarmd tot ongeveer 100 tot 150 °C (212 tot 302 °F) (afb. 3,10) geeft de daarin opgewekte warmte via straling en warmtegeleiding af aan het omringende gas (en uiteraard ook aan de steunen aan de gloeidraaduiteinden). In het grofvacuümbereik is de warmtegeleiding door gasconvectie vrijwel onafhankelijk van de druk (zie afb. 3,10). Als echter bij enkele mbar het gemiddelde vrije pad van het gas van dezelfde grootteorde is als de diameter van de gloeidraad, neemt dit type warmteoverdracht steeds meer af en wordt het afhankelijk van de dichtheid en dus van de druk. Onder 10 _-3 mbar komt het gemiddelde vrije pad van een gas ongeveer overeen met de grootte van de radius r₂ van de meetbuizen. De voeldraad in de meterkop vormt een tak van een Wheatstonebrug. 

I Warmteafvoer door straling en geleiding in de metalen uiteinden
II Warmteafgifte door het gas, drukafhankelijk
III Warmteafgifte door straling en convectie

In de THERMOVAC thermische geleidbaarheidsmeters met constante weerstand die tegenwoordig het dominante type zijn, is de sensing filament ook een tak van een Wheatstonebrug. De verwarmingsspanning die op deze brug wordt toegepast, wordt zo geregeld dat de weerstand en dus de temperatuur van de gloeidraad constant blijft, ongeacht het warmteverlies. Dit betekent dat de brug altijd in evenwicht is. Deze regelingswijze omvat een tijdconstante van enkele milliseconden, zodat dergelijke instrumenten, in tegenstelling tot instrumenten met variabele weerstand, zeer snel reageren op drukveranderingen. De spanning die op de brug wordt toegepast, is een maat voor de druk. De meetspanning wordt elektronisch gecorrigeerd, zodat over het gehele meetbereik een ongeveer logaritmische schaal wordt verkregen. Vacuümmeters voor thermische geleidbaarheid met een constante weerstand hebben een meetbereik van 10-4 tot 1013 mbar. Door de zeer korte reactietijd zijn ze bijzonder geschikt voor regel- en drukbewakingstoepassingen. In het meest gevoelige bereik, d.w.z. tussen 10 ^-3 en 10 mbar, komt dit overeen met ongeveer 15% van de drukwaarde. Buiten dit bereik is de meetonzekerheid aanzienlijk groter. 

 Zoals bij alle vacuümmeters die afhankelijk zijn van het type gas, gelden de schalen van de aanwijsinstrumenten en digitale displays bij vacuümmeters voor warmtegeleiding ook voor stikstof en lucht. Binnen de foutgrenzen kan de druk van gassen met vergelijkbare moleculaire massa's, d.w.z. O₂, CO en andere, direct worden afgelezen. Kalibratiecurven voor een reeks gassen worden weergegeven in Afb. 3,11.

Een extreem voorbeeld van het verschil tussen de werkelijke druk pT en de aangegeven druk pI bij drukmeting is de toevoer van lucht naar een vacuümsysteem met argon uit een drukcilinder om vocht te voorkomen (pomptijd). Zie afbeelding 3,11, zou men een p _I-waarde van slechts 40 mbar verkrijgen bij het bereiken van een 'Ar atmosferische druk' p_T met een THERMOVAC als drukmeetinstrument. Er kan argon uit het vat ontsnappen (deksel gaat open, belletje komt omhoog). Voor dergelijke en soortgelijke toepassingen moeten drukschakelaars of vacuümmeters worden gebruikt die onafhankelijk zijn van het type gas.  

Ionisatievacuümmeters zijn de belangrijkste instrumenten voor het meten van gasdruk in het hoog- en ultrahoogvacuümbereik. Ze meten de druk in termen van de getaldichtheid van deeltjes evenredig aan de druk. Het gas waarvan de druk moet worden gemeten, komt in de meetkoppen van de instrumenten terecht en wordt met behulp van een elektrisch veld gedeeltelijk geïoniseerd. Ionisatie vindt plaats wanneer elektronen in het elektrische veld worden versneld en voldoende energie bereiken om positieve ionen te vormen bij impact met gasmoleculen. Deze ionen geven hun lading door aan een meetelektrode (ionenverzamelaar) in het systeem. De op deze manier gegenereerde ionenstroom (of meer bepaald de elektronenstroom in de toevoerleiding van de meetelektrode die nodig is om deze ionen te neutraliseren) is een maat voor de druk, omdat de ionenopbrengst evenredig is met de dichtheid van het deeltjesnummer en dus met de druk. 

De vorming van ionen is het gevolg van een ontlading met een hoge elektrische veldsterkte (koude kathode is de overkoepelende term voor penning/omgekeerde magnetronontlading, zie directe drukmeting) of de impact van elektronen die worden uitgestraald door een hete kathode (de overkoepelende term voor Bayard-Alpert/extractor/triode) ( zie directe drukmeting)

Onder anders constante omstandigheden is de ionenopbrengst en dus de ionenstroom afhankelijk van het type gas, omdat sommige gassen gemakkelijker te ioniseren zijn dan andere. Zoals alle vacuümmeters met een drukwaarde die afhankelijk is van het type gas, worden ionisatievacuümmeters gekalibreerd met stikstof als referentiegas (stikstofequivalente druk, zie directe drukmeting). Om de werkelijke druk voor andere gassen dan stikstof te verkrijgen, moet de afgelezen druk worden vermenigvuldigd met de correctiefactor van tabel 3,2 voor het betrokken gas. De in tabel 3,2 vermelde factoren worden verondersteld onafhankelijk te zijn van de druk, hoewel ze enigszins afhankelijk zijn van de geometrie van het elektrodesysteem. Daarom moeten ze worden beschouwd als gemiddelde waarden voor verschillende soorten ionisatievacuümmeters (zie Afb. 3,16).  

Vacuümmeters voor koudkathode-ionisatie

Ionisatievacuümmeters die werken met koude ontlading worden koudekathode- of Penning-/omgekeerde magnetronvacuümmeters genoemd. Het ontladingsproces in een meetbuis is in principe hetzelfde als in het elektrodesysteem van een sputterionenpomp. Een gemeenschappelijk kenmerk van alle soorten vacuümmeters voor koude kathode-ionisatie is dat ze slechts twee onverwarmde elektroden, een kathode en een anode, bevatten, waartussen een zogenaamde koude ontlading wordt geïnitieerd en gehandhaafd door middel van een gelijkspanning (van ongeveer 2 kV), zodat de ontlading bij zeer lage drukken wordt voortgezet. Dit wordt bereikt door een magnetisch veld te gebruiken om de paden van de elektronen lang genoeg te maken zodat de snelheid van hun botsing met gasmoleculen groot genoeg is om het aantal ladingdragers te vormen dat nodig is om de ontlading te behouden. Het magnetische veld (zie afb. 3,12) zodanig is aangebracht dat de krachtlijnen van het magnetische veld de elektrische veldlijnen kruisen. Op deze manier worden de elektronen beperkt tot een spiraalpad. De door de botsing gegenereerde positieve en negatieve ladingdragers bewegen naar de bijbehorende elektroden en vormen de drukafhankelijke ontladingsstroom, die op de meter wordt weergegeven. De waarde in mbar is afhankelijk van het type gas. De bovengrens van het meetbereik wordt bepaald door het feit dat boven een niveau van enkele 10 ^-2 mbar de koude kathode-ontlading verandert in een gloedontlading met intense lichtopbrengst waarbij de stroom (bij constante spanning) slechts in geringe mate afhankelijk is van de druk en daarom niet geschikt is voor meetdoeleinden. Bij alle koudkathodemeters is de gassorptie aanzienlijk hoger dan bij ionisatievacuümmeters die met een hete kathode werken. Een koude kathodemeetbuis pompt gassen op dezelfde manier als een sputterionenpomp (S ≈ 10 ^-2 l/s). Ook hier worden de in de ontlading geproduceerde ionen versneld naar de kathode toe, waar ze deels worden vastgehouden en deels tot sputtering van het kathodemateriaal leiden. Het gesputterde kathodemateriaal vormt een oppervlaktefilm op de wanden van de meetbuis. Ondanks deze nadelen, die resulteren in een relatief hoge mate van onnauwkeurigheid in de drukaflezing (tot ongeveer 50%), heeft de koudkathode-ionisatiemeter drie zeer uitstekende voordelen. Ten eerste is het de goedkoopste van alle hoogvacuümmeetinstrumenten. Ten tweede is het meetsysteem ongevoelig voor plotselinge luchtinlaat en trillingen, en ten derde is het instrument eenvoudig te bedienen. 

Vacuümmeters voor warme kathode-ionisatie

Over het algemeen verwijzen dergelijke meters naar meetsystemen die bestaan uit drie elektroden (kathode, anode en ionenverzamelaar) waarbij de kathode een hete kathode is. Kathoden waren vroeger gemaakt van wolfraam, maar zijn nu meestal gemaakt van oxide-gecoat iridium (Th₂ O₃, Y2O₃ ) om de elektronenuitvoer te verminderen en ze beter bestand te maken tegen zuurstof. Ionisatievacuümmeters van dit type werken met lage spanningen en zonder extern magnetisch veld. De hete kathode is een elektronenbron met een zeer hoog rendement. De elektronen worden in het elektrische veld versneld en ontvangen voldoende energie uit het veld om het gas waarin het elektrodesysteem zich bevindt, te ioniseren. De gevormde positieve gasionen worden naar de ionenverzamelaar getransporteerd, die negatief is ten opzichte van de kathode, en geven daar hun lading op. De hierdoor gegenereerde ionenstroom is een maat voor de gasdichtheid en dus voor de gasdruk. Als i- de elektronenstroom is die door de hete kathode wordt uitgestraald, wordt de in het meetsysteem geproduceerde drukproportionele stroom i+ bepaald door: 

De variabele C is de vacuümmeterconstante van het meetsysteem.  Voor stikstof is deze variabele gewoonlijk ongeveer 10 mbar ^-1. Bij een constante elektronenstroom wordt de gevoeligheid S van een meetkop gedefinieerd als het quotiënt van de ionenstroom en de druk. Bij een elektronenstroom van 1 mA en C = 10 mbar-1 is de gevoeligheid S van de meetkop dus: 

I – Drukaflezing zonder röntgeneffect
II – Schijnbare lagedrukgrens door röntgeneffect
III – Som van I en II

C – Kathode
A – Anode
I – Ionenverzamelaar

De elektronen die door de kathode worden uitgestraald, raken de anode, waardoor fotonen vrijkomen (zachte röntgenstralen). Deze fotonen activeren op hun beurt foto-elektronen van oppervlakken die ze raken. De foto-elektronen die uit de ionencollector vrijkomen, stromen naar de anode, d.w.z. de ionencollector zendt een elektronenstroom uit, die op dezelfde manier wordt aangegeven als een positieve ionenstroom die naar de ionencollector stroomt. Deze fotostroom simuleert een druk. Dit effect wordt het positieve X-ray effect genoemd en is afhankelijk van de anodespanning en de grootte van het oppervlak van de ionenverzamelaar. 

Onder bepaalde omstandigheden is er echter ook een negatief röntgeneffect. Fotonen die inwerken op de wand rond de meetkop geven daar foto-elektronen af, die op hun beurt naar de anode toe stromen, en aangezien de anode een rasterstructuur is, stromen ze ook in de ruimte binnen de anode. Als de omringende wand hetzelfde potentiaal heeft als de ionenverzamelaar, bijv. aardpotentiaal, kan een deel van de elektronen die bij de wand vrijkomen, de ionenverzamelaar bereiken. Hierdoor stroomt een elektronenstroom naar de ionenverzamelaar, d.w.z. er stroomt een negatieve stroom die de positieve ionenstroom kan compenseren. Dit negatieve X-ray effect hangt af van het potentiaal van de buitenwand van de meetkop. 

Geadsorbeerde gassen kunnen van een oppervlak worden gedesorbeerd door elektronenimpact. Voor een ionisatiemeter betekent dit dat, als er een laag geadsorbeerd gas op de anode zit, deze gassen gedeeltelijk als ionen worden gedesorbeerd door de invallende elektronen. De ionen bereiken de ionenverzamelaar en leiden tot een drukindicatie die aanvankelijk onafhankelijk is van de druk, maar toeneemt naarmate de elektronenstroom toeneemt. Als zo'n kleine elektronenstroom wordt gebruikt dat het aantal elektronen dat op het oppervlak optreedt klein is in vergelijking met het aantal geadsorbeerde gasdeeltjes, kan elk elektron positieve ionen desorberen. Als de elektronenstroom vervolgens wordt verhoogd, neemt de desorptie aanvankelijk toe omdat er meer elektronen op het oppervlak inwerken. Dit leidt uiteindelijk tot een vermindering van geadsorbeerde gasdeeltjes aan het oppervlak. De aflezing daalt opnieuw en bereikt over het algemeen waarden die aanzienlijk lager kunnen zijn dan de drukaflezing die bij een kleine elektronenstroom wordt waargenomen. Als gevolg van dit effect in de praktijk moet men nagaan of de drukaflezing is beïnvloed door een desorptiestroom. Dit kan het eenvoudigst worden gedaan door de elektronenstroom tijdelijk te wijzigen met een factor van 10 of 100. De aflezing voor de grotere elektronenstroom is de nauwkeurigere drukwaarde. 

Naast de conventionele ionisatiemeter, waarvan de elektrodestructuur lijkt op die van een gemeenschappelijke triode, zijn er verschillende ionisatievacuümmetersystemen (Bayard-Alpert-systeem, afzuigsysteem) die, afhankelijk van het ontwerp, beide effecten min of meer onderdrukken en daarom worden gebruikt voor metingen in het hoog- en ultrahoogvacuümbereik. Tegenwoordig is het Bayard-Alpert-systeem meestal het standaardsysteem. 

a) Bayard-Alpert-ionisatievacuümmeter (het tegenwoordig gebruikte standaardmeetsysteem)

Om de lineariteit tussen de gasdruk en de ionenstroom over een zo groot mogelijk drukbereik te garanderen, moet het X-ray-effect zo veel mogelijk worden onderdrukt. In de door Bayard en Alpert ontwikkelde elektrodeopstelling wordt dit bereikt doordat de hete kathode zich buiten de anode bevindt en de ionenverzamelaar een dunne draad is die de as van het elektrodesysteem vormt (zie Fig. 3,16 a). Het X-ray-effect wordt met twee tot drie ordes van grootte verminderd door de grote vermindering van het oppervlak van de ionenverzamelaar. Wanneer drukken in het ultrahoge vacuümbereik worden gemeten, beïnvloeden de binnenoppervlakken van de meetkop en de aansluitingen op het vat de drukaflezing. De verschillende effecten van adsorptie, desorptie, dissociatie en stromingsverschijnselen kunnen in deze context niet worden behandeld. Door Bayard-Alpert-systemen als nude gauge-systemen te gebruiken die direct in het vat worden geplaatst, kunnen meetfouten vanwege de bovengenoemde effecten in grote mate worden vermeden. 

b) De conventionele ionisatievacuümmeter

Een driehoek met een conventioneel ontwerp (zie afb. 3,16 b) wordt gebruikt als meetkop, maar deze is lichtjes aangepast zodat de buitenste elektrode als ionenverzamelaar fungeert en het rooster erin als anode. Bij deze opstelling worden de elektronen gedwongen zeer lange paden te nemen (oscilleren rond de rasterdraden van de anode), zodat de waarschijnlijkheid van ionisatiebotsingen en dus de gevoeligheid van de meter relatief hoog is. Omdat het triodesysteem vanwege het sterke röntgeneffect over het algemeen alleen in hoogvacuüm kan worden gebruikt, hebben het gassorptie-effect (pompeffect) en het gasgehalte van het elektrodesysteem slechts een geringe invloed op de drukmeting. 

c) De hogedruk-ionisatievacuümmeter (tot 1 mbar)

Als elektrodesysteem wordt opnieuw een triode gebruikt (zie afb. 3,16 c), maar dit keer met een ongewijzigd conventioneel ontwerp. Aangezien de meter is ontworpen voor drukmetingen tot 1 mbar, moet de kathode bestand zijn tegen relatief hoge zuurstofdruk. Daarom is het ontworpen als een zogenaamde niet-uitgebrande kathode, bestaande uit een met yttria gecoat iridiumlint. Om een rechtlijnige karakteristiek (ionenstroom als lineaire functie van de druk) tot een druk van 1 mbar te verkrijgen, wordt een hoogohmige weerstand in het anodecircuit ingebouwd. 

d) Vacuümmeter ionisatie extractor

Storende effecten die de drukmeting beïnvloeden, kunnen ook uitgebreid worden geëlimineerd door middel van een ionenoptisch systeem dat eerst door Redhead werd voorgesteld. Met dit afzuigsysteem (zie afb. 3,16 d) de ionen uit de anodecilinder zijn geconcentreerd op een zeer dunne en korte ionenverzamelaar. De ionenverzamelaar is opgesteld in een ruimte waarvan de achterwand gevormd is door een bekervormige elektrode die op het anodepotentiaal wordt gehouden zodat deze niet kan worden bereikt door ionen die uit de gasruimte komen. Vanwege de geometrie van het systeem en het potentieel van de afzonderlijke elektroden zijn de storende invloeden door röntgenstralingseffecten en ionendesorptie vrijwel volledig uitgesloten zonder dat een modulator nodig is. Het afzuigsysteem meet drukwaarden tussen 10 ^-4 en 10 ^-12 mbar. Een ander voordeel is dat het meetsysteem is ontworpen als een kaliber met een diameter van slechts 35 mm, zodat het in kleine apparaten kan worden geïnstalleerd.

p = gasdruk 
r = straal van de kogel ρ = dichtheid van het kogelmateriaal 
c- = gemiddelde snelheid van de gasdeeltjes, afhankelijk van het type gas 
σ = wrijvingscoëfficiënt van de kogel, onafhankelijk van het type gas, bijna 1. 

Zolang een meetonzekerheid van 3 % voldoende is, wat gewoonlijk het geval is, kan men σ = 1 toepassen, zodat de gevoeligheid van de roterende rotormeter (SRG) met roterende stalen kogel wordt gegeven door de berekenbare fysieke grootte van de kogel, d.w.z. de productradius x dichtheid r · ρ (zie vergelijking 3,2). Zodra een kogel 'gekalibreerd' is, is deze geschikt voor gebruik als 'transferstandaard', d.w.z. als referentieapparaat voor het kalibreren van een andere vacuümmeter door vergelijking, en wordt gekenmerkt door een hoge stabiliteit op lange termijn.

In het geval van de kinetische theorie van gassen met SRG vertegenwoordigt het tellen van deeltjes rechtstreeks het meetprincipe (overdracht van de deeltjespulsen naar de draaiende kogel, die dus wordt vertraagd). 
Bij andere elektrische meetmethoden die afhankelijk zijn van het type gas, wordt de deeltjesdichtheid indirect gemeten aan de hand van de hoeveelheid warmte die door de deeltjes verloren gaat (thermische geleidbaarheidsvacuümmeter) of aan de hand van het aantal gevormde ionen (ionisatievacuümmeter). 

Bij alle bovengenoemde metertypes is het meetbereik beperkt. Met de toenemende vraag naar kleinere en kleinere apparatuur is de ruimte om meerdere poorten te hebben voor verschillende typen meters voor het volledige bereik onmogelijk geworden. Daarom ziet u nu meters met combinaties om het volledige bereik af te dekken. Dit zijn gewoonlijk Pirani/koude kathode, Pirani/hete kathode om de atmosfeer af te dekken tot hoog/ultrahoog vacuüm. Of u ziet ook Pirani/Piezo-meters waarbij de piëzo de nauwkeurigheid aan het atmosferische einde van de meting verhoogt.