真空測量及真空度表征和單位

2020-05-06 真空技術(shù)網(wǎng) 真空技術(shù)網(wǎng)整理

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(yīng)。

　　真空測量包括全壓力測量、分壓力測量和真空計校準(zhǔn)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(xué)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(shù)中，測量這樣大的壓力是比較少的。真空技術(shù)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(xiàn)象，然后測量這個過程中與氣體壓力有關(guān)的某些物理量，再設(shè)法間接確定出真實(shí)壓力來。

　　真空計種類繁多，工作原理各異，除極少數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(jìn)分析器，將離子分開，分別測出各成分離子流強(qiáng)度，便可知?dú)怏w的成分和數(shù)量。分析器有磁的、電的、電磁結(jié)合和其它方式等。有時只需知曉被測系統(tǒng)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(jìn)行校準(zhǔn)。因?yàn)槎鄶?shù)真空計是通過與壓力有關(guān)的物理量來間接反應(yīng)壓力，而不能直接通過真空計有關(guān)參數(shù)計算求得壓力值。這種真空計必須用標(biāo)準(zhǔn)真空計或能產(chǎn)生已知低壓的校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。可以說，真空計校準(zhǔn)是真空測量的基礎(chǔ)，是發(fā)展真空測量的有力工具。

　　真空計量器具分三類：計量基準(zhǔn)器具、計量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作計量器具。前兩類用于復(fù)現(xiàn)和傳遞真空度量值，統(tǒng)一全國真空量值;而后一類是在現(xiàn)場應(yīng)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(tǒng)中，通常以各向同性的中性氣體的壓力這一流體靜力學(xué)的物理量表示真空度，因此，真空度的測量僅僅歸結(jié)于壓力的測量。但特別應(yīng)注意測量條件。測量的對象是在有限的容器內(nèi)、靜止(隨機(jī)運(yùn)動)、穩(wěn)態(tài)、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(xué)壓力概念( p = nkT，v = 1/4nc，p = ρgh)都較好地符合客觀實(shí)際，真空度的測量也比較簡單容易。

　　根據(jù)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(tài)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(yùn)動(1～lOkm·s-1或更高)、非穩(wěn)態(tài)、綜合環(huán)境作用下的復(fù)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(fù)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(shù)表示真空度：