真空傳感器是用于測量真空系統(tǒng)中壓力的設(shè)備，真空系統(tǒng)被定義為壓力明顯低于大氣壓的空間。這些傳感器在半導(dǎo)體制造、制藥、食品加工和研究實驗室等各個行業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。了解真空傳感器的工作原理及其應(yīng)用對于優(yōu)化工藝和確保真空條件至關(guān)重要。

1、真空的定義:

當給定體積內(nèi)的壓力降至大氣壓以下(海平面約101.3 kPa或14.7 psi)時，就會產(chǎn)生真空，真空度可分為不同的范圍:

低真空:壓力從大氣壓降至約1kPa(0.01atm)。

中等真空:壓力范圍為1kPa至10^-3 kPa(10^-5 atm)。

高真空:壓力從10^-3 kPa到10^-7 kPa(10^-9 atm)。

超高真空(UHV):壓力低于10^-7 kPa(10^-9 atm)

PIRANI皮拉尼熱導(dǎo)率真空傳感器

核心工作機制

基于氣體熱傳導(dǎo)特性與壓力的相關(guān)性，其核心組件包括：

加熱元件：電阻絲或薄膜，通電后產(chǎn)生穩(wěn)定熱量

溫度傳感器：熱電偶/熱敏電阻，監(jiān)測加熱元件溫度變化

惠斯通電橋：通過電阻平衡狀態(tài)檢測壓力變化

真空傳感器元件是一根已知電阻和已知電阻溫度系數(shù)(即其電阻如何隨溫度變化)的導(dǎo)線。該元件構(gòu)成了平衡惠斯通電橋的一條腿。當氣體分子與加熱元件碰撞時，它們會從中帶走熱量，改變其電阻值，使電橋相對于其參考狀態(tài)不平衡。由于碰撞次數(shù)以及傳遞到氣體的熱量與氣體壓力成正比，因此保持電橋平衡所需的電壓與壓力成正比。

皮拉尼真空計儀表在使用時必須認識到其局限性。由于不同的氣體具有不同的從燈絲傳遞熱量的能力(即不同的比熱容)，皮拉尼儀表的響應(yīng)取決于系統(tǒng)中存在的氣體。因此，用戶必須校準皮拉尼儀表，以確定系統(tǒng)中預(yù)期的殘留氣體。

由于皮拉尼真空元件在100至150°℃的溫度下工作，因此必須注意將可能分解并在元件上沉積固體物質(zhì)的反應(yīng)性氣體排除在儀表之外。如果出現(xiàn)此類沉積物(或腐蝕性氣體與元素發(fā)生反應(yīng))，皮拉尼的準確性將降低。

由于皮拉尼真空傳感器依賴于周圍氣體對元件的散熱，當壓力降至約10-4Torr以下時，皮拉尼會失去精度，從而顯著降低熱傳遞。在高壓(10托及以上)下，氣體分子的平均自由程減小到非線性進入壓力-電壓關(guān)系并降低儀表靈敏度的程度。先進的皮拉尼壓力計的構(gòu)造是為了允許壓力計內(nèi)的對流力來幫助分子流動。后一種設(shè)計使皮拉尼壓力計能夠以高達760托的精度使用。

皮拉尼壓力真空規(guī)傳感器通常用于氮氣校準，與其他氣體一起使用時需要校準曲線。皮拉尼真空傳感器壓力計相對較快，對壓力變化的響應(yīng)時間為十分之一秒或更短。

? ? ? ?芯 體

探 頭

變 送 器

POSIFA精密制造

典型應(yīng)用場景

半導(dǎo)體制造：CVD/PVD工藝腔室壓力監(jiān)控

真空冷凍干燥：制藥與食品加工過程控制

加速器裝置：束流管道真空度維持

空間模擬：衛(wèi)星組件熱真空測試

PVC3004 芯體可以測量從 1mTorr(0.13Pa)到一個標準大氣壓(760Torr，101KPa)的整個量程。擁有超快響應(yīng)時間(不超過 2mSec)和超低功耗(典型值：45mW)的特點。

PVC5100真空探頭是新一代高性價比的真空測量解決方案，能夠測量到0.1mTorr。探頭的輸出信號經(jīng)過標定。使用者可以通過I2C通訊協(xié)議，讀出經(jīng)過標定后的真空值，可以達到10~20%的精度，普遍高于行業(yè)內(nèi)其他真空變送器的精度。

PVC6800系列真空變送器重要特點就是增加了壓力傳感器，確保從1.5大氣壓到0.1大氣壓這一段的測量值具有高精度，最高精度可達測量值的2.5%。