摘要
真空计是真空技术中用于测量气体压力的关键仪器，其选型与配置直接影响真空系统的工艺质量与运行效率。Gatch系列是日本ULVAC（爱发科）公司推出的真空计产品线，涵盖皮拉尼真空计（热传导式）与冷阴极电离真空计两大类型，分别适用于低真空与高真空领域的压力测量。本文从工作原理、技术特点、性能参数及典型应用等维度，对Gatch系列两款真空计进行系统介绍，旨在帮助从业人员理解其技术差异并合理选型。
关键词：Gatch系列；皮拉尼真空计；冷阴极电离真空计；真空测量；ULVAC
一、引言
在真空技术中，准确测量真空度（即容器内的气体压力）是保障工艺质量的基础前提。从半导体制造到真空镀膜，从真空热处理到科学研究，几乎每一个真空系统都需要配备合适的真空计来实时监测压力变化。
真空计的种类繁多，按测量原理可分为利用气体热传导效应的热传导式真空计和利用气体电离效应的电离真空计。Gatch系列正是基于这两大原理推出的产品组合。其中，皮拉尼真空计（Pirani Gauge）属于热传导式真空计，适用于从大气压到低真空的宽范围测量；冷阴极电离真空计（Cold Cathode Ionization Gauge）则属于电离真空计，适用于高真空范围的精密测量。两者在测量范围、结构特点和适用场景上形成互补，共同构成了完整的真空测量解决方案。
二、Gatch系列皮拉尼真空计
2.1 什么是皮拉尼真空计
皮拉尼真空计（又称电阻真空计、Pirani gauge）是一种基于气体热传导原理工作的真空测量仪器。其核心思想非常直观：在真空中，气体的压力越低，意味着气体分子越稀少，热量通过气体传导出去的能力就越弱。
皮拉尼真空计内部有一根被通电加热的金属丝（通常为铂丝）。当周围气体压力变化时，气体分子与加热丝碰撞带走热量的效率也随之变化——压力高时气体分子多，带走的热量多，灯丝温度下降；压力低时气体分子少，带走的热量少，灯丝温度上升。灯丝温度的变化会改变其电阻值，通过测量电阻值即可换算出对应的气体压力。这一原理通常通过惠斯通电桥电路来实现精密测量。
2.2 Gatch系列皮拉尼真空计的技术特点
Gatch系列皮拉尼真空计（代表型号包括SW1-N1、SW1-N2及新一代SW100N）具备以下核心技术特点：
（1）宽区域测量能力：可测量的压力范围从5×10⁻² Pa一直覆盖到1.0×10⁵ Pa（大气压） 。这意味着从常压抽到低真空的整个过程中，仅用一台皮拉尼真空计即可完成全程压力监测，无需更换传感器。
（2）耐腐蚀灯丝设计：灯丝采用铂（Pt）材质，具有优异的耐腐蚀性能。在半导体、光伏等工艺中常涉及腐蚀性气体，铂金灯丝能有效延长传感器寿命。
（3）耐冲击结构：新一代SW100N继承了以往耐冲击的测定子设计，在振动或压力突变等恶劣工况下仍能保持稳定测量。
（4）便捷的维护性：传感器更换简便，可由用户自行完成；大气压及零点校准可一键调整。
（5）灵活的信号输出：标准型（SW1-N1/SW100N-A）提供0~10V线性压力输出，可直接接入PLC使用；串行通信型（SW1-N2/SW100N-R）配备RS-232C/RS-485通信接口，支持远程监控与数据采集。此外，SW1-N1型带有2点开关信号输出，可用于压力到达报警或连锁控制。
2.3 主要性能参数
2.4 典型应用
Gatch系列皮拉尼真空计广泛适用于低真空领域的过程管理，典型应用包括：
三、Gatch系列冷阴极电离真空计
3.1 什么是冷阴极电离真空计
当真空度达到高真空范围（压力低于约1 Pa）时，皮拉尼真空计的热传导效应变得极其微弱，难以实现准确测量。此时需要采用电离真空计——通过电离气体分子并测量产生的离子电流来推算压力。
冷阴极电离真空计（又称潘宁真空计、Penning gauge）是电离真空计的一种。其工作原理基于潘宁放电（Penning Discharge） 现象。规管内部由阳极筒和一对阴极板构成，在外加电场和磁场的共同作用下，电子在规管内沿螺旋路径运动，大大延长了飞行路径。电子与气体分子碰撞使其电离，产生的离子被阴极收集形成离子电流。离子电流的大小与气体压力成正比，通过测量离子电流即可推算出真空度。
之所以称为“冷阴极"，是因为它不需要加热灯丝来发射电子——电子是通过电场作用从冷阴极表面释放的。这与“热阴极"电离计（需要加热灯丝）形成了本质区别。
3.2 Gatch系列冷阴极电离真空计的技术特点
Gatch系列冷阴极电离真空计（代表型号：SC1-N）具备以下核心技术特点：
（1）无灯丝结构：最大的优势在于未使用灯丝，因此无需担心灯丝烧断或损耗的问题。在热阴极电离计中，灯丝是易损件，需要定期更换；冷阴极设计从根本上消除了这一维护负担。
（2）维修简单、运行成本低：由于构造设计便于维护，且没有消耗性部件，长期运行成本显著低于热阴极电离计。
（3）无需独立显示仪表：传感器单元可直接接入PLC显示压力，无需配备专门的显示仪表。
（4）标准信号输出：支持模拟信号输出和2点开关信号输出，便于系统集成与自动化控制。
（5）低功耗设计：使用DC 24V电源，工作电流仅150mA。
3.3 主要性能参数
3.4 典型应用
Gatch系列冷阴极电离真空计适用于高真空领域的精密测量与过程控制：
半导体制造：各种真空装置的程序控制
电子元件制造：高真空工艺的过程监控
真空炉：高真空热处理的过程管理
产业机器的过程管理：需要高真空监测的各类工业设备
四、两款真空计的对比与选型建议
4.1 核心差异对比
4.2 选型建议
在实际应用中，皮拉尼真空计和冷阴极电离真空计并非相互替代的关系，而是互补配合的关系。
仅需监测低真空（从大气压到10⁻¹ Pa）：选择皮拉尼真空计即可满足需求，性价比高、使用简便。
仅需监测高真空（1 Pa以下）：选择冷阴极电离真空计，其无灯丝设计在高真空环境下具有显著的寿命优势。
全真空范围监测（从大气压到高真空）：通常需要两种真空计组合使用——皮拉尼真空计负责低真空段，冷阴极电离真空计负责高真空段，实现全量程覆盖。
五、结语
Gatch系列皮拉尼真空计与冷阴极电离真空计，分别基于热传导与潘宁放电两大经典物理原理，覆盖了从大气压到10⁻⁵ Pa的宽广真空测量范围。皮拉尼真空计以宽量程、耐腐蚀灯丝和灵活的信号输出为特色，适用于低真空领域的全过程监控；冷阴极电离真空计则以无灯丝、免维护、低成本运行为核心优势，适用于高真空领域的精密测量。两者在技术路线和应用场景上形成良好互补，共同为半导体、光伏、真空热处理等战略性新兴产业提供了可靠的真空测量解决方案。
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更新时间：2026-08-10 
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