根据空气比释动能绝对测量原理，在低能X射线能量范围，国际上主要采用平板型自由空气电离室复现量值。它的基本结构，由高压极、收集极、保护极、保护条、光阑、屏蔽外壳组成。
电离室有效测量体积为进入光阑孔径的X射线光束在收集极长度范围内的体积，入射光阑可由钨合金、金、铅或其它材料制成，这些材料长期稳定性较好。光阑孔经高精密加工而成，以精确测量光阑面积，钨合金相对易于加工，因此目前选择钨合金作为光阑材料居多。光阑的厚度要求能够屏蔽X射线管电小于50kV的低能X射线，不产生壁透射，钨合金光阑厚度大于1mm就可以。光阑孔径过小会使加工困难，同时面积测量也难以保证精度；光阑孔过大，入射角较大的X射线束就需要增加极间距，在给定的收集电压下也会有过多的离子符合，从而引入较大的符合修正不确定度。光阑孔径主要选择有5mm、8mm和10mm。由于光阑孔的面积用来计算电离室有效测量体积，根据计算，椭圆度小于1μm的精度，对空气比释动能测量不确定度的贡献小于0.04%。 收集极长度决定了测量体积的大小，因此，在可能的范围内选择较大的收集极，有利于增加测量电流，减少空气比释动能绝对测量的不确定度。但收集极长度较短时，电场的一致性较好。综合考虑，在低能X射线能量范围，收集极选择10-20mm较为恰当。
高压极与收集极之间的距离称为极间距，对于极间距的考虑主要是要大于次级电子的射程，要求次级电子不能到达高压极和收-保极（收集极和保护极在一个平面上），其能量全部沉积在空气中。
影响电场畸变的主要有四个因素：屏蔽箱体接地与电极周围所发生的电场畸变、收集极与保护极的共面性不好引起电场畸变，保护条电位分布不规则引起电场畸变，收集极与保护极之间电位差引起电场畸变。
屏蔽箱体对平行板之间的电场产生影响，根据NBS64号报告，在没有屏蔽箱体情况下，而当电离室箱体接地时，电力线为F’线所示；箱体接高压时，电力线如F’’线，在后这两种情况下，电场对称变化，反映了电场畸变条件下测量体积的变化，分别测量两种情况的电流I0与IH，可得电场畸变对测量结果影响的大小，并进行相应的修正。
为消除电场畸变，在高压极和保护电极之间加上保护条，保护条之间串联电阻，形成等梯度的分压器，使电压从高压极均匀下降到保护极，但是保护条电位分布不规则同样还会有部分电场畸变，如果收集极离保护条的距离大于保护条之间间距的十倍以上，可以认为这一项引起的电场畸变可忽略。
收集极与保护极共面性不好，会使收集的电荷偏多或者偏少。如果共面性为0.025mm，对电流测量的误差为0.1%。因此，要求设计自由空气电离室收集极与保护极共面性好于0.005mm，由不共面性引起的电场畸变则可忽略。
收集极与保护极之间存在电位差，通过改变高压极板的极性，得到测量电流的差别，从而修正电位差引起的电荷收集误差。
对空气比释动能进行测量，其基本要求是电离室内空气的电离达到电子平衡。e1为在有效测量体积V内产生的次级电子，e2,e3为在非测量体积上产生的次级电子。电子平衡条件要求电离室光阑到收集极的中心的距离大于次级电子的射程，这样光子与有效测量体积V内空气相互作用产生的次级电子e1在非有效测量体积内与空气电离形成的电荷由e2和e3在有效测量体积V内形成的电荷补偿。
由于X射线在空气中要衰减，因此在电离室内只能达到近似电子平衡，在次级电子的射程并不大的情况下，近似电子平衡与理想电子平衡达到一致。在光子能量小于50keV情况下，电离室光阑到收集极的中心的距离A大于40cm，就能达到近似电子平衡条件。