真空計種類與量測範圍：皮拉尼、電容式薄膜、熱陰極、冷陰極、組合式

從大氣壓抽到超高真空，壓力跨越十幾個數量級，沒有任何一種真空計（Vacuum Gauge）能獨自涵蓋全範圍。本文比較常見真空計的原理、量測範圍與氣體依賴性，並整理單位換算與選型重點。

重點摘要

單位換算：1 Torr ≈ 133.3 Pa ≈ 1.333 mbar；1 mbar = 100 Pa；1 atm = 760 Torr = 1013.25 mbar。
電容式薄膜真空計（CDG）直接量測壓力，與氣體種類無關、精度高，是製程壓力控制的首選，但單一量程約涵蓋 4 個數量級。
皮拉尼（Pirani）、熱陰極與冷陰極都屬間接量測，讀值會隨氣體種類改變，量測非氮氣時要套用修正係數。
低真空用皮拉尼或壓阻式；高真空以下用熱陰極或冷陰極；需要從大氣壓一路量到高真空時，選組合式（寬範圍）真空計。

真空度單位換算與真空區間

單位	Pa	mbar	Torr	atm
1 Pa	1	0.01	0.0075	9.87×10⁻⁶
1 mbar	100	1	0.750	9.87×10⁻⁴
1 Torr	133.32	1.333	1	1.316×10⁻³
1 atm	101,325	1,013.25	760	1

1 Torr 與 1 mmHg 在一般工程使用上視為相同。常見的真空區間分類（如 ISO 3529-1）大致如下：

低真空（粗真空，Low Vacuum）：大氣壓至約 100 Pa（1 mbar）
中真空（Medium Vacuum）：約 100 Pa 至 0.1 Pa（1 至 10⁻³ mbar）
高真空（High Vacuum）：約 0.1 Pa 至 10⁻⁶ Pa（10⁻³ 至 10⁻⁸ mbar）
超高真空（Ultra-High Vacuum, UHV）：低於約 10⁻⁶ Pa（10⁻⁸ mbar）

各類真空計原理

壓阻式／薄膜式真空計（Piezoresistive / Diaphragm）

以薄膜受壓變形帶動壓阻元件，直接量測壓力，與氣體種類無關。適合大氣壓附近至約 1 mbar 的範圍，常與皮拉尼組合，補足皮拉尼在大氣壓附近精度不足的問題。

皮拉尼真空計（Pirani Gauge）

利用氣體熱傳導量測：加熱的細絲散熱速度隨氣體分子數增加而上升。量測範圍約 10⁻⁴ 至 10³ mbar 的數量級，結構簡單、價格親民，是前級泵浦與粗抽階段最常用的真空計。缺點是在範圍兩端精度下降，且讀值高度依賴氣體種類。熱電偶真空計（Thermocouple Gauge）原理相近，範圍約 10⁻³ 至 1 Torr。

電容式薄膜真空計（Capacitance Diaphragm Gauge, CDG）

又稱電容式壓力計（capacitance manometer）。極薄的金屬或陶瓷膜片受壓變形，改變與電極間的電容值，屬直接量測，與氣體種類無關，精度常見讀值的 0.2%～0.5% 等級。每一個量測頭約涵蓋滿刻度以下 4 個數量級，滿刻度從 1000 Torr 到 0.1 Torr 等多種規格可選，需依製程壓力挑選。另有加熱型（如 45°C、100°C 以上）設計，可減少環境溫度影響並避免製程副產物冷凝，常用於 CVD、蝕刻等製程的壓力控制。

熱陰極真空計（Hot Cathode, Bayard–Alpert）

燈絲加熱放出電子，撞擊氣體分子使其游離，收集離子電流換算壓力，範圍約 10⁻¹⁰ 至 10⁻² mbar 的數量級，線性與精度佳，適合高真空與超高真空。燈絲在高壓下開啟容易燒毀或劣化，需等前級真空計確認壓力夠低再啟動；讀值依氣體游離效率而定。

冷陰極真空計（Cold Cathode, Penning／Inverted Magnetron）

以高電壓與磁場維持氣體放電，量測放電電流，範圍約 10⁻⁹ 至 10⁻² mbar 的數量級。沒有燈絲、耐用且不怕突然破真空，但在極低壓時可能需要啟動時間，長期使用電極會受污染而需清潔，並有強磁場需注意周邊元件。

組合式真空計（Combination / Wide-Range Gauge）

將皮拉尼與冷陰極、皮拉尼與熱陰極，或壓阻式與皮拉尼整合在同一個量測頭，自動切換感測元件，以單一輸出涵蓋大氣壓至約 10⁻⁹ mbar，減少法蘭接口與配線，適合鍍膜機、真空爐與分析儀器。

真空計量測範圍比較表

真空計類型	量測方式	典型範圍（mbar，數量級）	受氣體種類影響	主要特點
壓阻式／薄膜式	直接	約 1 至 10³	否	大氣壓附近準確、耐用
皮拉尼	間接（熱傳導）	約 10⁻⁴ 至 10³	是，影響大	經濟、粗抽與前級監測
電容式薄膜（CDG）	直接	單頭約 4 個數量級，整體約 10⁻⁵ 至 10³	否	高精度、製程壓力控制
熱陰極	間接（游離）	約 10⁻¹⁰ 至 10⁻²	是	高真空、超高真空，線性佳
冷陰極	間接（放電）	約 10⁻⁹ 至 10⁻²	是	無燈絲、耐用
組合式	依段切換	約 10⁻⁹ 至大氣壓	依感測段而定	一顆涵蓋寬範圍

註：以上為教科書與業界常見的大致範圍，實際範圍與精度依型號規格書為準。

氣體種類對讀值的影響

多數間接式真空計以氮氣（或空氣）校正。量測其他氣體時，指示值與真實壓力不同。
皮拉尼：氦氣、氫氣熱傳導較好，指示值偏高；氬氣熱傳導較差，指示值偏低。以氮氣校正的皮拉尼回充氬氣時，可能顯示仍未到大氣壓、實際卻已超壓，須特別注意安全。
熱陰極與冷陰極：依氣體相對靈敏度（以 N₂ = 1）修正，例如氦氣約 0.18、氫氣約 0.46、氬氣約 1.3（不同資料來源略有差異）。真實壓力 ≈ 指示值 ÷ 相對靈敏度。
電容式薄膜與壓阻式：量測的是膜片受力，與氣體種類無關，混合氣或製程氣體環境下最可靠。