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      正航儀器技術整理真空測量

      發布時間:2015-08-12 10:54????? 瀏覽次數:
      正航儀器技術整理真空測量  
      一、概述
      1.什么是真空測量
      真空測量就是真空度的測量,而真空度是指低于大氣壓力的氣體稀薄程度。以壓力表示真空度是由于歷史上沿用下來的,并不十分合理。壓力高意味著真空度低;反之,壓力低與真空度高相對應。
      真空測量包括全壓力測量、分壓力測量和真空計校準三個部分。
      用以探測低壓空間稀薄氣體壓力所用的儀器稱為真空計。本文所述壓力的測量是指比大氣壓力小得多的氣體壓力測量。
      壓力是一個力學量,為單位面積所承受的力。大氣壓力為101325Pa,直接測量這樣大的壓力是容易的,但在真空技術中,測量這樣大的壓力是比較少的。真空技術中遇到的氣體壓力都很低,如有時要測lO-10pa的壓力,這樣極小的壓力用直接測量單位面積所承受的力是不可能的。因此,測量真空度的辦法通常是在氣體中造成一定的物理現象,然后測量這個過程中與氣體壓力有關的某些物理量,再設法間接確定出真實壓力來。
      真空計種類繁多,工作原理各異,除極少數幾種是直接測量壓力外,其它幾乎都是間接測量壓力的。
      被測量氣體除少數情況外,多為混合氣體。上述壓力測量是指混合氣體全壓力測量。在近代真空測量技術中,分壓力測量越來越重要。這里所說的分壓力測量是指全面地測出混合氣體各組成成分的分壓力。這樣,混合氣體的全壓力就等于其各組成成分的分壓力之和。
      現代分壓力真空計都屬于電離類,即先將氣體電離,然后將所得的各成分離子加速,再把離子引進分析器,將離子分開,分別測出各成分離子流強度,便可知氣體的 成分和數量。分析器有磁的、電的、電磁結合和其它方式等。有時只需知曉被測系統殘余氣體成分和相對含量,并不要求測出分壓力值,這種儀器稱為殘余氣體分析 儀。
      正確的壓力測量必須對真空計進行校準。因為多數真空計是通過與壓力有關的物理量來間接反應壓力,而不能直接通過真空計有關參數計算求 得壓力值。這種真空計必須用標準真空計或能產生已知低壓的校準裝置進行校準??梢哉f,真空計校準是真空測量的基礎,是發展真空測量的有力工具。
      真空計量器具分三類:計量基準器具、計量標準器具和工作計量器具。前兩類用于復現和傳遞真空度量值,統一全國真空量值;而后一類是在現場應用。三種計量器具的不確定度依次降低。
      2.真空度的表征及單位
      用壓力表示真空度是由歷史上采用U型壓力計測量真空所形成的,這并不十分合理。
      在一般真空系統中,通常以各向同性的中性氣體的壓力這一流體靜力學的物理量表示真空度,因此,真空度的測量僅僅歸結于壓力的測量。但特別應注意測量條件。 測量的對象是在有限的容器內、靜止(隨機運動)、穩態、各向同性單一的中性氣氛。在這種情況下,麥克斯威速度分布、余弦散射定律和流體靜力學壓力概念( p = nkT,v = 1/4nc,p = ρgh)都較好地符合客觀實際,真空度的測量也比較簡單容易。
      根據真空度定義,真空度最好 用分子密度n表示,而以壓力表示真空度與此并不矛盾。測量壓力時,一般氣體處于平衡態并滿足麥克斯威速度分布定律,即 p = nkT 成立。測量時氣體溫度T一定,所以氣體壓力p正比于分子密度n。也就是說,此時壓力是分子密度的量度,所以可以用壓力表示真空度。
      在空間研究中,研究對象是無限空間運動(1~lOkm·s-1或更高)、非穩態、綜合環境作用下的復雜氣氛,此時麥克斯威速度分布定律和余弦散射定律就不一定成立,所以壓力也失去了原來的物理意義,真空度的測量比較復雜和困難了。
      在一般情況下,以壓力表示真空度是流行、沿用的,但也不是唯一的,還可以用如下參數表示真空度:
      在一般情況下,以壓力表示真空度是流行、沿用的,但也不是唯一的,還可以用如下參數表示真空度
      當真空度很高時,即分子密度很小時,統計漲落十分明顯,如壓力 p = 10-12pa時,統計漲落已大于5×10-2,壓力已失去真實意義。由此看來,在某些情況下,壓力只是其它量的相對指示而已。
      根據氣體分子對表面碰撞而定義的氣體壓力,是碰撞單位表面積氣體分子動量垂直分量的時間變化率,即單位面積上所受的力,單位為“帕斯卡”(Pascal),簡稱“帕”(Pa)。
          1Pa = 1Nm-2
      在工程上有時嫌帕的量值太小,常采用kPa和MPa表示壓力。
      低真空時,有時用“真空度百分數”表示,比如水環式真空泵、往復式真空泵和直排大氣羅茨真空泵常用此單位表示真空度。當壓力p>102Pa時,真空度百分數δ.

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