Page 60 - 《真空与低温》2025年第3期

张开旭等：热阴极电离真空计温度修正的仿真与实验研究 331

2
2
v 2 = v + A thermal (v 2 −v ) （1） 热阴极电离真空计不工作时，真空系统内的压力
new old wall old
−1
3
−9
式中：A thermal为热调节因子； v old为温度等于室温 分布也存在梯度。维持进气量为 1×10 Pa·m ·s ，
时的分子速度； v wall为温度等于壁面温度时的分子速 设 置 所 有 壁 面 的 温 度为 293.15 K， 出 气 率 为 1×
−1
−11
3
−2
度； v new为气体分子与壁面碰撞后的分子速度。同时， 10 Pa·m ·s ·cm ，进行模拟，调取构建的纹理面
出气率随着器壁温度的升高而增加，呈现出近似指 压力，结果如图 3 所示。设置的纹理面为模型的剖
[12]
数增长形式的变化趋势 。因此，将小腔室的壁面 面图（共四个透明面，仅用于计算，不影响气体分子
温度和壁面出气率作为可变参数来模拟温度效应。 的运动），方向向量从上往下，共划分 100 个采集分

1.2 仿真分析与结果讨论 子数的网格。图中，方向向量的压力是指纹理面上
由于模型和进气与出气口在几何上的不对称， 对应坐标的平均压力。

XHV 校准室 管道 HIG 小腔室 波纹管
7.5×10 −8
5.25×10 −8 1.00×10 −7
压力/Pa
7.0×10 −8
压力/Pa
6.5×10 −8
XHV
HIG 6.0×10 −8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
方向向量
（a）系统压力云图 （b）沿方向向量的压力曲线

图 3 热阴极电离真空计不工作时的压力分布
Fig. 3 The simulation results while the hot cathode ionization gauge no-operation working

设校准室的压力为 p 1，小腔室的压力 p 2，由 热阴极电离真空计工作后，将小腔室壁面的温
图 3（b）可知， p 2 /p 1的比值为 1.087。故在此模型 度 调 整至 343.15 K， 小 腔 室 壁 面 的 出 气 率 调 整
3
−1
−11
−2
下，系统在稳态时的小腔室的压力约为校准室的 到 2×10 Pa·m ·s ·cm ，其余表面的出气率为 1×
1.087 倍。 10 Pa·m ·s ·cm 。进行模拟，结果如图 4 所示。
−11
−2
−1
3

XHV 校准室 管道 HIG 小腔室 波纹管

−7
3.67×10 −7 6.76×10 −7 7.0×10
压力/Pa
6.5×10 −7
压力/Pa 6.0×10 −7
5.5×10 −7
XHV
HIG −7
5.0×10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
方向向量
（a）系统压力云图 （b）沿方向向量的压力曲线
图 4 热阴极电离真空计在某一工况下的压力分布
Fig. 4 The simulation results while the hot cathode ionization gauge working

观察沿方向向量的压力图，红色 XHV 段表示 段指小腔室上方的管内压力。可以发现由于温度
校准室的压力，绿色 HIG 段表示小腔室的压力。 效 应 的 影 响， 小 腔 室 的 压 力 局 部 升 到 最 高 ， 为
−7
管道段指小腔室和校准室之间的管道压力，波纹管 6.60×10 Pa，校准室的压力为 5.45×10 Pa，二者的
−7