Page 62 - 《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 333

表 3 中，测量压力是指热阴极电离真空计运行 烘烤系统除气后，采用动态流量法的方式将大
时仪表获得的压力，它与分子数密度呈正相关，结 腔室的压力稳定在 10 Pa 量级，实验气体为氮气。
−3
果由仿真得到的分子数密度换算得出，实际压力是 调整加热带功率，使壁面温度维持在 30、40、50、
仿真得到的校准室压力。由表 3 可知，利用易测的 60、70、80 、90、100 ℃，待壁面温度稳定后，记录
壁面温度对压力进行修正后，其结果与真实值更 四台真空计的压力读数。
为接近。当真空系统所有壁面的放气率均为 1×
4 5 6
−1
−11
3
−2
10 Pa·m ·s ·cm 时（1～4 行），小腔室的热流逸 7
效应得到了很好的修正。器壁出气随着壁面温度
升高而增大，将小腔室壁面的出气率调整到更接近 V1 V2 V3
1 2 3
−11
3
真实工况的 2×10 Pa·m ·s ·cm （5～6 行），此时
−2
−1
9
由于出气的影响，将热流逸效应修正后的压力略大 N 2 V4
于实际压力，但其结果也明显优于测量压力。 8
仿真结果表明：高温出气和热流逸现象共同作
用于热阴极电离真空计，导致规管附近的压力高于 V5
待测区域的压力；由于灵敏度未被修正，电离真空
计的示值与实际压力变化趋势相反；阴极的热辐射
能力越强，材料的出气率越大，温度效应的作用就 1. 进气室；2. 大腔室；3. 小腔室；4. 13.3 Pa 电容薄膜真空计；
越显著。不同工况下的温度效应不同，使得校准后 5. 磁悬浮转子真空计（SRG MKS ）；6. 电离真空计（BAG-1）；
的修正系数出现偏差。同时，还发现了壁面温度和 7. 磁悬浮转子真空计（SRG LIP ）；8. 电离真空计（BAG-2）；
9. 小孔；V1、V2、V3、V4、V5. 角阀。
阴极区域的气体温度有很好的线性关系。利用壁
面温度对测量压力进行修正，使得结果更接近实际 图 6 实验装置示意图
值，为温度效应修正提供了一个较易实现的方法。 Fig. 6 Schematic diagram of experimental device

2 实验验证与分析
大腔室

2.1 实验装置与方法
为了进一步探究壁面温度 [14] 对电离真空计的
热流逸效应的反映程度，验证仿真模型，在装载电 电离真空计
小腔室
离真空计的小腔室上包裹可调节发热功率的加热
带，控制壁面温度，进行了验证实验。本实验系统
由抽气系统、烘烤系统、真空腔室等三部分组成。
通过串联组合的方式获得不同量级的容积比，最后
−4
即可在测量室中建立 1×10 ~1 Pa 范围内的标准压 加热带
力。经过烘烤后的系统在前述压力范围内的出气
图 7 实验装置实物照片
率对总压力贡献率极低，在本实验中忽略不计。
Fig. 7 Experimental device.
图 6 为本实验涉及的实验装置示意图。
在测量的大腔室 2 上加装管道，通过小腔室 3 2.2 实验结果
与系统相连。在小腔室内装载待测试电离真空计 图 8 为壁面温度变化时真空计的示值变化情
（BAG-2）、磁悬浮转子真空计（SRG LIP ），大腔室 2 况：随着壁面温度的升高，小腔室的热流逸效应不
内装有磁悬浮转子真空计（SRG MKS ）、电离真空计 断增大，SRG LI 的压力增大，说明气体温度受到壁
P
（BAG-1）等，在实验中记录以上四台真空计的示值。 面温度影响而上升，从而压力增大。而电离真空计
图 7 为开展实验的装置实物图，小腔室被加热带包 的压力不断减小，这是因为控制单元输入的名义灵
[15]
裹，铂电阻贴于加热带与外壁面之间。设定预设温 敏度不能对气体温度变化作出反应 。
度后，控制器通过铂电阻温度示值反馈调整加热带 在电离真空计的使用中，如果没有考虑温度参
功率，以获得特定的小腔室壁面温度。 数的变化，将会影响电离真空计的准确测量。假设