热丝极离子真空计

✍ dations ◷ 2025-09-11 00:57:40 #压力计,真空,电磁学

热丝极离子真空计（英文：Hot filament ionization gauge），有时又称热丝极真空计或热阴极真空计，是一种非常广泛用于压力范围在 $10^{-3}$ $10^{-3}$ 至 $10^{-10}$ $10^{{-10}}$ 托的测量装置。构造和三极管类似，但是丝极作为负极。

利用加热的丝极产生稳定的电子流（通常为10mA），这些电子会被加了正电压（约+150V）的螺旋型的栅极给吸引。在电子从丝极往栅极的过程中，电子会撞击真空计内的气体分子，导致部分的气体分子被离子化。这些气体离子会被位在真空计中加负电压（通常为-30V）的集极给吸引。离子电流和气压的关系为1mA/Pa。此电流通常利用高增益的差动放大器和电表来放大和显示。

热丝极离子真空计的组成和三极管一样有集极（为一根金属线或平板）、丝极（灯丝）和栅极（由螺旋型的金属线组成）。其丝极作为阴极。集极所量到的电流通常在pA等级。若以集极接在地电位，则丝极电压通常在30V，栅极电压通常在180~210V。除非要用电子轰击某一部分构造，像是加热栅极就需要用到将近565V的电压。通常使用的离子真空计称为巴雅-爱泊特量测计（Bayard-Alpert gauge）或B-A型真空计，它有一根细小的集极在栅极内，外部用有一开口的玻璃罩将电极封装在内。另外，也有一种热离子真空计是接插入真空腔的，这种热离子真空计我们称为Nude Gauge，它的接脚是透过在腔壁上的陶瓷板接出来的。尚未降温的热阴极真空计直接暴露于大气时将会损坏，若在低真空度的环境下将会失去其准确度。

电子从灯丝被发射到最后进入栅极前，电子在栅极周围前后运动数次。在移动的这段期间里，有一些电子和气体分子发生碰撞而产生一对电子(电子游离)和离子。这些离子的数目正比于气体分子密度乘上丝极射出的电子电流及离子跑到集极形成的离子电流。利用气体分子密度正比于压力的关系，就可借由离子电流大小去估算压力。

热离子真空计的低压极限受制于光电效应。当电子撞到栅极时会产生让集极产生光电流噪声的X射线。这个限制在旧式的热离子真空计为 $10^{-8}$ $10^{{-8}}$ torr，在Bayard-Alpert gauge为 $10^{-10}$ $10^{{-10}}$ torr。

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