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