直接真空壓力計如何運作？

透過以下方式分享：

具有壓力讀數且可測量各種氣體類型的真空計

機械真空計可透過記錄微粒 (分子與原子) 在憑藉其熱速度對表面施加的充氣空間中的力來直接測量壓力。

包登真空計

彎曲成圓弧的管子內部 (所謂的包登管) (3) 連接至要抽真空的容器 (圖 3.2)。透過外部空氣壓力的影響，管子的末端會在排空期間偏轉成更大或更小的程度，並會致動連接的指針機械 (4) 與 (2)。由於壓力讀取取決於外部大氣壓力，它只會精確到大約 10 mbar，前提是並未校正環境大氣壓力中的變化。

圖 3.2 包登真空計的横截面。

將管子連接至連接法蘭
指針
包登管
槓桿系統

隔膜真空計

膠囊型真空計

隔膜真空計中最為人所知的設計是使用空盒作為測量系統的氣壓計。該氣壓計中包含由銅鈹合金製程的密封、抽真空、薄壁隔膜膠囊。隨著壓力的下降，膠囊隔膜會膨脹。此運動可透過槓桿系統傳遞至指針。依據此原理設計的膠囊型真空計會在線性刻度上指示壓力，而不管外部大氣壓力為何。

DIAVAC 隔膜真空計

對於低於 50 mbar 的位準，經常需要可能最準確的壓力讀取。在此情況下，不同的隔膜真空計更適合，亦即 DIAVAC，其壓力刻度在 1 到 100 mbar 之間。真空計儀表頭的槓桿系統 (2) 所在的內部截面 (見圖 3.3) 會抽真空至小於 10^-3 mbar 的參考壓力 pref。容器的封蓋形式為波紋狀隔膜 (4) 的特殊鋼。只要容器未抽真空，此隔膜就會緊壓住壁 (1)。當排空增加時，要測量的壓力 px 與參考壓力之間的差就會減少。隔膜一開始時只會輕微彎曲，但是之後會低於 100 mbar 來到較大的程度。使用 DIAVAC，隔膜偏移會再次傳遞至指針 (9)。特別的是，1 到 20 mbar 之間的測量範圍會顯著增加，這樣就能相當準確地讀取壓力 (至約 0.3 mbar)。此儀器的振動靈敏度有點高於膠囊型真空計。

圖 3.3 DIAVAC DV 1000 隔膜真空計的橫截面。

基板
槓桿系統
連接法蘭
隔膜
參考壓力 pref
夾止端
鏡面紙
樹脂玻璃紙
指針
玻璃罩
安裝板
外殼

膠囊型真空計測量壓力的精度可達 10 mbar (由於線性刻度，在刻度的低壓端精度最低)。如果只要測量 30 mbar 以下的壓力，則建議使用 DIAVAC，因為其讀取 (見上方說明) 更為精確。如果需要極為精確的測量準確度，應使用精確隔膜真空計。若要精確測量低壓，並因此而需要選擇例如最高達 100 mbar 的測量範圍，則無法再測量較高的壓力，因為這些真空計使用的是線性刻度。所有機械真空計對振動的靈敏度都能達到一定的程度。某些振動，例如在直接連接到前級幫浦時所產生的振動，通常是無害的。

應變/Piezo 隔膜真空計

隔膜的偏移也可以透過電控方式測量為「應變」或電容的變化。在過去，有四款應變真空計會在隔膜偏轉時更改其耐受性，也就是在張力負載下，安裝在電橋迴路中的金屬隔膜上。在 Leybold，此類儀器已獲得特殊的命名，即 MEMBRANOVAC。稍後，我們使用了直接在其表面上包含四種「應變耐受力」的矽隔膜。電路排列再次包含電橋迴路，並且在兩個對角點饋入恆定電流，而與壓力成比例的線性電壓訊號會在其他兩個對角點拾取。圖 3.4 顯示了此排列的原理。這些儀器當初都命名為 PIEZOVAC，而目前則命名為 DI/DU2000 裝置，並且仍在許多案例中使用。

圖 3.4 壓電傳感器 (基本圖)

電容式隔膜真空計

作為電橋迴路的一部分測量應變可以使您獲得高準確度，但範圍有限。一種更進階的方法是將隔膜的偏移測量為平板電容器的電容變化：一個電極是固定的，另一個是由隔膜形成的。當隔膜偏轉時，電極之間的距離以及電容器的電容會改變。圖 3.5 顯示了此排列的原理。這會在 CEREVAC CTR 範圍中。具有金屬及具有陶瓷隔膜的傳感器之間會做出區別。電容式隔膜真空計會在從大氣壓力到 1·10^-4 mbar 之間的範圍內使用 (低於 10^-4 mbar 時，測量的不確定性會快速上升)。為了確保在此低壓之下能夠得到足夠的隔膜偏移，會針對各種壓力位準使用不同厚度的隔膜。在每個情況下，以傳感器測量的壓力精度可以達到十的 3 次方：

1000 至 1 Torr
100 至 10^–1 Torr
10 至 10^–2 Torr
1 至 10^–3 Torr
10–1 至 10^–4 Torr

為了進一步提升精度等級，您也可以為電容芯加熱。在此例中，電容芯會與環境溫度嚴密隔絕，一個小加熱燈絲會對芯加熱至一個固定溫度。這將有助於消除因環境溫度波動所造成的任何變動。它也可在操作您不想使其在真空計內凝結的氣體時使用，這將會是系統中的低溫點。