Penning真空計是利用真空中的放電現象,測量中高真空領域的溫度計,測量性穩定,耐用性久為其特點。

Penning真空計構造原理

    Penning真空計利用Penning放電現象。一般而言,冷陰極放出的電子比熱陰極少。單純在陰陽兩極間加電壓,如果壓力低于0.1Pa則不會持續放電。為了增加電子飛行距離,從外部加磁場,這樣可使在更低的壓力下也可放電。

　  檢測部如圖所示,主要構造為圓筒形(或園環形)陽極。圓板狀的陰極和永久磁鐵構成。磁力線和電極的中心軸平行設置。陽極電壓2~3kV,磁場強度約1000G。

　  從陰極放出的電子受洛侖茲力而做螺旋運動。同時,軸方向的空間電壓如圖C所示。電子被控制在勢井內,于兩側的陰極之間做往返運動。實際上的電子運動要比這種估算復雜得多。但是,螺旋運動和往返運動使得電子的飛行距離大幅度增長。電子最終會被陽極捕捉,但是在被捕捉之前多次和氣體分子碰撞,在兩陰極之間產生等離子體狀態。等離子體中的電子和陽極放出的電子一樣會做螺旋運動和往返運動,但離子因為質量較大,螺旋運動半徑較大,而且在高電位空間產生,短時間內被陰極捕捉。

         Penning放電可在0.1Pa的壓力下發生。假設電子的數量和氣體壓力無關,在陰極被捕捉到的離子數量(單位時間發生電離的次數=電流),則與壓力及氣體分子的電離斷面積成正比例。如果知道離子電流和壓力的比例系數,則可知道壓力值。電離斷面積依氣體分子而變化,比例系數也會因氣體分子而變。市場上的真空計一般以干燥空氣或氮氣為標準測出比例系數。

Penning真空計特征用途

    Penning真空計測量性能穩定,可測量高真空領域的電流。因為是冷陰極方式,不必擔心電極的燒損問題。缺點是放電穩定性有一定不足。另外從陰極放出的電子量受表面污染影響嚴重。

    根據以上特點,此真空計適合不想頻繁更換真空計的高真空領域設備上,同時因為此真空計本身有較強的磁場,要考慮其安裝在設備上的位置。