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

1、真空的定義:

當給定體積內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皮拉尼熱導率真空傳感器

核心工作機制

基于氣體熱傳導特性與壓力的相關性，其核心組件包括：

加熱元件：電阻絲或薄膜，通電后產生穩定熱量

溫度傳感器：熱電偶/熱敏電阻，監測加熱元件溫度變化

惠斯通電橋：通過電阻平衡狀態檢測壓力變化

真空傳感器元件是一根已知電阻和已知電阻溫度系數(即其電阻如何隨溫度變化)的導線。該元件構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不平衡。由于碰撞次數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)，皮拉尼儀表的響應取決于系統中存在的氣體。因此，用戶必須校準皮拉尼儀表，以確定系統中預期的殘留氣體。

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的反應性氣體排除在儀表之外。如果出現此類沉積物(或腐蝕性氣體與元素發生反應)，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-電壓關系并降低儀表靈敏度的程度。先進的皮拉尼壓力計的構造是為了允許壓力計內的對流力來幫助分子流動。后一種設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

典型應用場景

半導體制造：CVD/PVD工藝腔室壓力監控

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。探頭的輸出信號經過標定。使用者可以通過I2C通訊協議，讀出經過標定后的真空值，可以達到10~20%的精度，普遍高于行業內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%。