電離真空計是通過使氣體分子電離，測量離子數(shù)量(電流)而得出壓強的真空計。其測量真空度在10^-8 Pa以上，被廣泛應(yīng)用于高真空至超高真空領(lǐng)域，定量性能優(yōu)異。

　　電離真空計可以按照電離方式不同分為兩種：一種是應(yīng)用最廣、依靠高溫陰極熱電子發(fā)射原理而工作的熱陰極電離真空計；另一種是利用真空中的高壓放電原理而工作的冷陰極電離真空計。

　　熱陰極電離真空計中使氣體分子電離的電子，是通過加熱燈絲來獲得的。熱陰極電離真空計的結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示，其基本構(gòu)造包括燈絲、加速和捕捉電子的陽極網(wǎng)以及捕捉離子的離子收集極。

圖1 熱陰極電離真空計的結(jié)構(gòu)和工作原理

　　加熱燈絲之后，有熱電子放出，熱電子被正電壓的陽極網(wǎng)加速。因為陽極網(wǎng)是用細的金屬絲做成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以大部分電子沒有被捕捉而穿過陽極網(wǎng)。因為對面的離子收集極處于相對負電位，所以電子無法到達離子收集極而被反彈回來。這樣電子在燈絲和離子收集極之間往返運動，最終被陽極網(wǎng)捕捉。

　　燈絲和離子收集極之間如果有氣體分子，往返運動的電子會與其碰撞，使其電離而產(chǎn)生陽離子和電子。生成的電子同樣做往返運動最終被陽極網(wǎng)捕捉，而在陽極網(wǎng)和離子收集極之間生成的陽離子則被離子收集極捕捉。設(shè)離子收集極的捕捉效率為a，電子使氣體分子電離的幾率為σ，氣體分子密度為n，電熱絲放出的熱電子電流為Ie，電子被陽極網(wǎng)捕捉前飛行的平均距離為L，離子收集極檢測出的電流為Ii，則

　　式中　L、a、σ———常數(shù)。

　　如果控制Ie 為一定值，則Ii 和n成正比。假設(shè)氣體是理想氣體，通過方程p=nkT，則可知Ii 和p成正比，即

　　也就是說，測得離子電流就可知氣體壓強。S被稱為電離真空計的系數(shù)或感度，其值通常由實驗而定。一般的電離真空計，S為0.1～0.3Pa^-1。

　　熱陰極電離真空計測量真空度有一定的極限。熱電子撞擊陽極網(wǎng)時，會放出軟 X射線。軟 X射線照射離子收集極后，離子收集極放出光電子。放出的光電子和離子入射效果相同，被稱為擬離子流，因此真空計存在著和壓強無關(guān)的殘留電流，從而錯誤評估實際的真空度。殘留電流發(fā)生的示意圖如圖2所示。另外，陽極網(wǎng)上吸附的氣體分子受電子撞擊后，也會成為離子被檢測出來，這也干擾了真空計的測量精度。

圖2 熱陰極電離真空計的擬離子流原理

　　冷陰極電離真空計利用真空中的高電壓放電現(xiàn)象，也被稱為冷規(guī)。冷陰極放出的電子比熱陰極少，單純在陰陽兩極間加電壓，如果壓強低于0.1Pa則不會持續(xù)放電�？赏ㄟ^從外部施加磁場，增加電子的飛行距離，以實現(xiàn)在更低的壓強下持續(xù)放電。

　　冷陰極電離真空計的主要構(gòu)造為圓筒形陽極、圓板狀的陰極和永久磁鐵(圖3)。磁力線和電極的中心軸平行設(shè)置。陽極電壓為2～3kV，磁場強度約為1000G。

圖3 冷陰極電離真空計的結(jié)構(gòu)示意圖

　　從陰極放出的電子受洛倫茲力而作螺旋運動，并被束縛在磁場中。螺旋運動使得電子的飛行距離大幅度增加。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發(fā)生碰撞，在兩陰極之間產(chǎn)生等離子體狀態(tài)。等離子體中的電子和陰極放出的電子一樣會作螺旋運動，但陽離子因為質(zhì)量較大，螺旋運動半徑較大，短時間內(nèi)被陰極捕捉，并產(chǎn)生二次發(fā)射電子。氣體電離產(chǎn)生的電子和陰極發(fā)射的二次電子也在陰極板間長期運動，從而使電離過程連鎖地進行下去。

　　冷陰極放電可在0.1Pa的壓強下發(fā)生。在陰極被捕捉到的離子數(shù)量，與壓強及氣體分子的電離斷面面積成正比例。如果知道離子電流和壓強的比例系數(shù)，則可知道壓強值。電離斷面面積根據(jù)氣體分子而變化，比例系數(shù)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(shù)。

　　冷陰極電離真空計的測量性能穩(wěn)定，可應(yīng)用于高真空領(lǐng)域的測量。同時，因為是冷陰極電離方式，不必擔心電極的燒損問題。

　　冷陰極電離真空計的缺點是：

　　(1)放電的穩(wěn)定性有一定不足；

　　(2)從陰極放出的電子量受表面污染影響嚴重；

　　(3)真空計本身有較強的磁場，需要考慮其安裝在設(shè)備上的位置。