培训系列__真空测量技术基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China,真空测量,技,技术基础,主讲人：,东,东北大学,刘玉岱,教,教授,真空技,术,术,一. 真,空,空技术概,况,况 （杨,乃,乃恒）,二. 真,空,空工程理,论,论基础,（,（张世伟,）,）,三. 真,空,空系统组,成,成与设计,基,基础 （,刘,刘坤）,四. 干,式,式真空泵,原,原理与技,术,术基础,（,（巴德纯,）,）,五. 真,空,空获得设,备,备原理与,技,技术基础,（,（张以,忱,忱）,六. 真,空,空镀膜技,术,术基础,（,（张以忱,）,）,七. 真,空,空测量技,术,术基础,（,（刘玉岱,）,）,八. 质,谱,谱原理与,真,真空检漏,（,（刘玉,岱,岱）,九. 真,空,空冶金技,术,术基础,（,（王晓冬,）,）,十. 真,空,空设备选,型,型的方法,与,与实践,（,（徐成海,）,）,东北大学,第,第七期,培训系列,之,之,真空测量,1 真空,测,测量概述,2 全压,力,力测量,3 分压,力,力测量,4 真空,计,计校准,1 真空,测,测量概述,1.1,什,什么,是,是真空,测,测量,1.2,真,真空,度,度的表,征,征及单,位,位,1.3,真,真空,计,计分类,1.4,真,真空,计,计测量,范,范围,1.5,真,真空,测,测量特,点,点,1.6,选,选择,真,真空计,原,原则,1.1,什,什么,是,是真空,测,测量,真空测,量,量就是,真,真空度,的,的测量,，,，而真,空,空度是,指,指低于,大,大气压,力,力的气,体,体稀薄,程,程度。,以,以压力,表,表示真,空,空度是,由,由于历,史,史沿用,下,下来的,，,，并不,十,十分合,理,理。压,力,力高意,味,味着真,空,空度低,；,；反之,，,，压力,低,低与真,空,空度高,相,相对应,。,。,真空测,量,量包括,全,全压力,测,测量、,分,分压力,测,测量和,真,真空计,校,校准三,部,部分。,用于探,测,测低压,空,空间稀,薄,薄气体,压,压力的,仪,仪器称,为,为真空,计,计。本,文,文所述,压,压力的,测,测量是,指,指比大,气,气压力,小,小得多,的,的气体,压,压力测,量,量。,压力是,一,一个力,学,学量，,为,为单位,面,面积所,承,承受的,力,力。大,气,气压力,为,为101325Pa,，,， 直,接,接测量,这,这样大,的,的压力,是,是容易,的,的，但,在,在真空,技,技术中,，,，测量,这,这样大,的,的压力,是,是比较,少,少的。,真,真空技,术,术中遇,到,到的气,体,体压力,都,都比较,低,低，如,有,有时要,测,测10,-10,Pa的,压,压力，,这,这样极,小,小的压,力,力用直,接,接测量,单,单位面,积,积所承,受,受的力,是,是不可,能,能的。,因,因此，,测,测量真,空,空度的,办,办法通,常,常是在,气,气体中,造,造成一,定,定的物,理,理现象,，,，然后,测,测量这,个,个过程,中,中与气,体,体压力,有,有关的,某,某些物,理,理量，,再,再设法,间,间接确,定,定出真,实,实压力,来,来。,真空计,种,种类繁,多,多，工,作,作原理,各,各异，,除,除极少,数,数几种,是,是直接,测,测量压,力,力外，,其,其它几,乎,乎都是,间,间接测,量,量压力,的,的。,被测量,气,气体多,为,为混合,气,气体，,上,上述压,力,力测量,是,是指混,合,合气体,全,全压力,测,测量。,在,在近代,真,真空测,量,量技术,中,中，分,压,压力测,量,量越来,越,越重要,。,。这里,所,所说的,分,分压力,测,测量是,指,指全面,地,地测出,混,混合气,体,体各组,成,成成分,的,的分压,力,力。这,样,样，混,合,合气体,的,的全压,力,力等于,其,其各组,成,成成分,的,的分压,力,力之和,。,。,现代分,压,压力真,空,空计都,属,属于电,离,离类，,即,即先将,气,气体电,离,离，然,后,后将所,得,得的各,成,成分离,子,子加速,，,，再把,离,离子引,进,进分析,器,器，将,离,离子分,开,开，分,别,别测出,各,各成分,离,离子流,强,强度，,便,便可知,气,气体的,成,成分和,数,数量。,分,分析器,有,有磁的,、,、电的,、,、电磁,结,结合和,其,其它方,式,式等。,有,有时只,需,需知晓,被,被测系,统,统残余,气,气体成,分,分和相,对,对含量,，,，并不,要,要求测,出,出分压,力,力值，,这,这种仪,器,器称为,残,残余气,体,体分析,仪,仪。,正确的,压,压力测,量,量必须,对,对真空,计,计进行,校,校准。,因,因为多,数,数真空,计,计是通,过,过与压,力,力有关,的,的物理,量,量间接,反,反应压,力,力，而,不,不是直,接,接通过,真,真空计,有,有关参,数,数计算,求,求得压,力,力值。,这,这种真,空,空计必,须,须用标,准,准真空,计,计或能,产,产生已,知,知低压,的,的校准,装,装置进,行,行校准,。,。可以,说,说真空,计,计校准,是,是真空,测,测量的,基,基础，,是,是发展,真,真空测,量,量的有,力,力工具,。,。,真空计,量,量器具,分,分三类,：,：计量,基,基准器,具,具、计,量,量标准,器,器具和,工,工作计,量,量器具,。,。前两,类,类用于,复,复现和,传,传递真,空,空度量,值,值，统,一,一全国,真,真空量,值,值；后,一,一类是,在,在现场,应,应用。,三,三种计,量,量器具,的,的不确,定,定度依,次,次降低,。,。,1 .2 真,空,空度的,表,表征及,单,单位,用压力,表,表示真,空,空度是,由,由历史,上,上采用U型压,力,力计测,量,量真空,所,所形成,的,的，这,并,并不十,分,分合理,。,。,在一般,真,真空系,统,统中，,通,通常以,各,各向同,性,性的中,性,性气体,的,的压力,这,这一流,体,体静力,学,学的物,理,理量表,示,示真空,度,度，因,此,此，真,空,空度的,测,测量仅,仅,仅归结,于,于压力,的,的测量,。,。但特,别,别应注,意,意测量,条,条件。,测,测量的,对,对象是,在,在有限,的,的容器,内,内、静,止,止(随,机,机运动)、稳,态,态、各,向,向同性,单,单一的,中,中性气,氛,氛。在,这,这种情,况,况下，,麦,麦克斯,威,威速度,分,分布、,余,余弦散,射,射定律,和,和流体,静,静力学,压,压力概,念,念,（,）,）,都较好,地,地符合,客,客观实,际,际，真,空,空度的,测,测量也,比,比较简,单,单容易,。,。,根据真,空,空度定,义,义，真,空,空度最,好,好用分,子,子密度,n,表示，,而,而以压,力,力表示,真,真空度,与,与此并,不,不矛盾,。,。测量,压,压力时,，,，一般,气,气体处,于,于平衡,态,态并满,足,足麦克,斯,斯威速,度,度分布,定,定律，,即,即,成立。,测,测量,时,时气体,温,温度,T,一定，,所,所以气,体,体压力,p,正比于,分,分子密,度,度,n,。也就,是,是说，,此,此时压,力,力是分,子,子密度,的,的量度,，,，所以,可,可以用,压,压力表,示,示真空,度,度。,在空间,研,研究中,，,，研究,对,对象是,无,无限空,间,间的运,动,动(1,10kms,-1,或更高)、非,稳,稳态、,综,综合环,境,境作用,下,下的复,杂,杂气氛,，,，此时,麦,麦克斯,威,威速度,分,分布定,律,律和余,弦,弦散射,定,定律就,不,不一定,成,成立，,所,所以压,力,力也失,去,去了原,来,来的物,理,理意义,，,，真空,度,度的测,量,量比较,复,复杂和,困,困难了,。,。,在一般,情,情况下,，,，以压,力,力表示,真,真空度,是,是流行,、,、沿用,的,的，但,也,也不是,唯,唯一的,，,，还可,以,以用如,下,下参数,表,表示真,空,空度：粒子密,度,度,n,、分子,平,平均自,由,由程,、,、碰,撞,撞次数,z,、覆盖,时,时间,。,当真空,度,度很高,时,时，即,分,分子密,度,度很小,时,时，统,计,计涨落,十,十分明,显,显，如,压,压力,p,=10,-12,Pa时,，,，统计,涨,涨落已,大,大于5,10,-2,，压力,已,已失去,真,真实意,义,义。由,此,此看来,，,，在某,些,些情况,下,下，压,力,力只是,其,其它量,的,的相对,指,指示而,已,已。,根据气,体,体分子,对,对表面,碰,碰撞而,定,定义的,气,气体压,力,力，是,碰,碰撞单,位,位表面,积,积气体,分,分子动,量,量垂直,分,分量的,时,时间变,化,化率，,即,即单位,面,面积上,所,所受的,力,力，单,位,位为“,帕,帕斯卡,”,”(Pascal),，,，简称,“,“帕”(Pa)。,lPa,1Nm,-2,在工程,上,上有时,嫌,嫌帕的,量,量值太,小,小，常,采,采用kPa和MPa,表,表示压,力,力。,低真空,时,时，有,时,时用“,真,真空度,百,百分数,”,”表示,，,，比如,水,水环式,真,真空泵,、,、往复,式,式真空,泵,泵和直,排,排大气,罗,罗茨真,空,空泵常,用,用此单,位,位表示,真,真空度,。,。当压,力,力,p,10,2,Pa时,，,，真空,度,度百分,数,数为,（,p,0,-p,）/,p,0,100,式中,p,0,标,标准大,气,气压力,，,，Pa,。,。,13,真,真空计,分,分类,按真空,刻,刻度方,法,法分类,：,：,（1）,绝,绝对真,空,空计：,直,直接读,取,取气体,压,压力，,其,其压力,响,响 应,（,（刻度,）,）可通,过,过自身,几,几何尺,寸,寸计算,出,出来或,由,由测力,确,确定。,与,与气体,种,种类无,关,关。,（2）,相,相对真,空,空计：,由,由一些,与,与气体,压,压力有,函,函数关,系,系的量,来,来确定,压,压力，,不,不能通,过,过简单,的,的计算,进,进行刻,度,度，必,须,须进行,校,校准才,能,能刻度,。,。一般,由,由作为,传,传感器,的,的真空,计,计规管,（,（或规,头,头）和,用,用于控,制,制、指,示,示的测,量,量器组,成,成。读,数,数与气,体,体种类,有,有关。,按真空,计,计测量,原,原理分,类,类,(1),直,直接测,量,量真空,计,计,这种真,空,空计直,接,接测量,单,单位面,积,积上的,力,力，有,A.静,态,态液位,真,真空计,：,：利用U型管,两,两端液,面,面差来,测,测量压,力,力。,B.弹,性,性元件,真,真空计,：,：利用,与,与真空,相,相连的,容,容器表,面,面受到,压,压力的,作,作用而,产,产生弹,性,性变形,来,来测量,压,压力值,的,的大小,。,。,(2),间,间接测,量,量真空,计,计,压,压力为10,-1,Pa时,，,，作用,在,在1cm,2,表面上,力,力只有10,-5,N，显,然,然测量,这,这样小,的,的力是,困,困难的,。,。但可,根,根据低,压,压下与,气,气体压,力,力有关,的,的物理,量,量的变,化,化来间,接,接测量,压,压力的,变,变化。,属,属于这,类,类的真,空,空计有,：,：,A.压,缩,缩式真,空,空计：,其,其原理,是,是在U,型,型管的,基,基础上,再,再应用,波,波义耳,定,定律，,即,即将一,定,定量待,测,测压力,的,的气体,，,，经过,等,等温压,缩,缩使之,压,压力增,加,加，以,便,便用U,型,型管真,空,空计测,量,量，然,后,后用体,积,积和压,力,力的关,系,系计算,被,被测压,力,力。,B.热,传,传导真,空,空计：,利,利用低,压,压下气,体,体热传,导,导与压,力,力有关,这,这一原,理,理制成,。,。常用,的,的有电,阻,阻真空,计,计和热,偶,偶真空,计,计。,C.热,辐,辐射真,空,空计：,利,利用低,压,压下气,体,体热辐,射,射与压,力,力有关,原,原理。,D.电,离,离真空,计,计：利,用,用低压,下,下气体,分,分子被,荷,荷能粒,子,子碰撞,电,电离，,产,产生的,离,离子流,随,随压力,变,变化的,原,原理。,如,如：热,阴,阴极电,离,离真空,计,计、冷,阴,阴极电,离,离真空,计,计和放,射,射性电,离,离真空,计,计等。,E.放,电,电管指,示,示器：,利,利用气,体,体放电,情,情况和,放,放电颜,色,色与压,力,力有关,的,的性质,判,判定真,空,空度，,一,一般仅,能,能作为,定,定性测,量,量。,F.粘滞真,空,空计：利用,低,低压下气体,与,与容器壁的,动,动量交换即,外,外摩擦原理,。,。如振膜式,真,真空计和磁,悬,悬浮转子真,空,空计。,G.场致显,微,微仪：以吸,附,附和解吸时,间,间与压力关,系,系计算压力,。,。,H.分压力,真,真空计：利,用,用质谱技术,进,进行混合气,体,体分压力测,量,量。常见的,有,有四极质谱,计,计、回旋质,谱,谱计和射频,质,质谱计等。,1.4 真,空,空计测量范,围,围,压力测量中,，,，除极少数,直,直接测量外,，,，绝大多数,是,是间接测量,。,。就是先在,被,被测气体中,引,引起一定的,物,物理现象，,然,然后再测量,这,这一过程中,与,与压力有关,的,的物理量，,进,进而设法确,定,定压力值。,这,这是真空测,量,量的特点，,亦,亦会造成某,些,些问题。,任何具体物,理,理现象与压,力,力的关系，,都,都是在某一,压,压力范围内,才,才最显著，,超,超出这个范,围,围，关系变,得,得弱了。因,此,此，任何方,法,法都有其一,定,定的测量范,围,围这个范,围,围就是真空,计,计的“量程,”,”。尽可能,扩,扩展每一种,方,方法的量程,，,，是真空科,学,学研究的重,要,要内容之一,。,。近代真空,技,技术所涉及,到,到的压力范,围,围宽达19,个,个数量级(10,5,10,-14,Pa)，没,有,有任何一种,真,真空计能测,量,量如此宽的,压,压力范围，,因,因此总是用,几,几种真空计,分,分别管辖一,定,定的区域。,但,但由于各种,真,真空计在原,理,理上的差异,，,，在相互衔,接,接的区域，,往,往往要造成,较,较大的误差,。,。,在被测空间,引,引起一定物,理,理现象，还,会,会出现这样,的,的问题，即,从,从测量的角,度,度出发，本,需,需要一种单,纯,纯的物理现,象,象，但有时,却,却不可避免,地,地带来一系,列,列寄生现象,，,，这些寄生,现,现象不但给,测,测量带来误,差,差，有时还,会,会“喧宾夺,主,主”，完全,把,把主要现象,掩,掩盖住了。,由上观之，,为,为改善真空,计,计性能及提,高,高真空测量,准,准确度，必,须,须突出主要,现,现象，仰制,寄,寄生现象。,表,表1给出一,些,些真空计的,压,压力测量范,围,围。,表1.一些,真,真空计的压,力,力测量范围,1.5,真,真空测量特,点,点,测量压力范,围,围宽，10,5,10,-14,Pa,大部分真空,计,计是间接测,量,量。只有压,力,力为10,5,10Pa,时,时可直接测,单,单位面积所,受,受的力，但,大,大多数真空,测,测量的压力,远,远比上述为,小,小，不能直,接,接测量，应,利,利用低压下,气,气体的某些,特,特性(如热,传,传导、粘滞,性,性和电离等)进行间接,测,测量。,多采用非电,量,量电测技术,。,。,大部分真空,计,计的读数与,气,气体种类和,成,成分有关。,所,所以测量时,要,要特别注意,被,被测量气体,种,种类和成分,，,，否则会造,成,成很大误差,。,。,测量精度不,高,高。,1.6,选,选择真空计,原,原则,在要求的压,力,力区域内有,要,要求的精度,。,。,被测气体是,否,否会损伤真,空,空计；真空,计,计和被测气,体,体相互影响,。,。,能测全压力,吗,吗?可校准,吗,吗?灵敏度,与,与气体种类,有,有关否。,可否连续指,示,示、电气指,示,示以及反应,时,时间长短。,稳定性、复,现,现性、可靠,性,性和寿命如,何,何。,还要看真空,计,计的安装方,法,法、操作性,能,能、保修、,管,管理、市场,有,有无销售、,购,购买难易程,度,度和规格如,何,何。,除上述应考,虑,虑的问题外,，,，还要查阅,参,参考书、样,本,本或直接向,生,生产工厂询,问,问。,2 全压,力,力测量,2.1 U,型,型管真空计,2.2 弹,性,性元件真空,计,计,2.3 压,缩,缩式真空计,2.4 热,传,传导真空计,2.5 热,阴,阴极电离真,空,空计,2.6 冷,阴,阴极电离真,空,空计,2.7 电,容,容式薄膜真,空,空计,2.8 放,射,射性电离真,空,空计,2.9 磁,悬,悬浮转子真,空,空计,21U型管真空,计,计,结构最简单,的,的测量压力,的,的仪器，它,通,通常是用玻,璃,璃管制成，,其,其工作液体,有,有多种，通,常,常为水银。,管,管的一端与,待,待测压力的,真,真空容器相,连,连，另一端,是,是封死的或,开,开口与大气,相,相通，以U,型,型管两瑞的,液,液面差来指,示,示真空度。U型管真空,计,计的测量范,围,围为10,5,10Pa,。,。它是一种,绝,绝对真空计,。,。,（1）开式U型管真空,计,计：将U型,管,管内充入适,量,量的工作液(如水银),，,，一端开口,接,接大气(即,环,环境大气压,p,0,)，另一端,与,与被测真空,系,系统相连接(待测压力,p,)，如图1,所,所示。,图1,开,开式U型管,真,真空计,其压力计算,公,公式如下：,p,=,p,0,gh,式中,p, 待测,压,压力,p,0, 环境,大,大气压力,h, 两液,面,面高度差, 工作,液,液密度,g, 重力,加,加速度,(2)闭式U型管真空,计,计：如图2,所,所示，把管,内,内预先抽至,压,压力为10,-1,Pa以下，,然,然后将工作,液,液(如水银)注入管内,，,，其开口端,与,与待测真空,系,系统相连接,。,。当真空系,统,统抽气前，,真,真空系统内,的,的压力等于,环,环境大气压,力,力，则工作,液,液充满封闭,端,端形成最大,液,液面差,h,0,；当系统抽,气,气到某一瞬,间,间时，两端,液,液面处于液,面,面静压力平,衡,衡时，则待,测,测压力值可,用,用下式求得(忽略封闭,端,端内压力对,液,液面的影响)：,p,=,gh,式中,p,待测压力,h,两液面高度,差,差,工作液密度,g,重力加速度,图2 闭式U型管真空,计,计,2.2,弹,弹性元件真,空,空计,利用弹性元,件,件在压差作,用,用下产生弹,性,性变形的原,理,理制成，一,般,般用于粗真,空,空（10,2,10,5,Pa）的测,量,量。根据变,形,形弹性元件,分,分类，这类,真,真空计通常,有,有弹簧管式,、,、膜盒式和,膜,膜片式，其,结,结构如图3,所,所示,图3 弹性,元,元件真空表,结,结构示意图,弹性元件真,空,空表的主要,特,特点如下：,测量结果是,全,全压力。,测量过程中,，,，仪表的吸,气,气和放气很,小,小。,测量精度较,高,高。,反应速度较,快,快。,结构牢固。,是绝对真空,计,计，0.5,级,级以上的表,可,可作为标准,表,表 。,2.3,压,压缩式真空,计,计,压缩式真空,计,计是对U型,管,管真空计的,重,重大改进，,它,它是依据理,想,想气体的波,义,义耳定律制,成,成的。由于,它,它首先是由,麦,麦克劳提出,的,的，故此种,真,真空计又称,为,为麦克劳真,空,空计(简称,麦,麦氏计)。,压缩式真空,计,计是测量压,力,力低于lPa实用的绝,对,对真空计，,并,并且从1874年至今,仍,仍做为校准,其,其它真空计,的,的主要仪器,。,。,图4 压缩,式,式真空计,图4示出一,种,种工作用压,缩,缩式真空计,，,，它是用硬,质,质玻璃吹制,而,而成。由测,量,量毛细管3,（,（顶端为封,闭,闭端)、比,较,较毛细管4,、,、玻璃泡2,、,、水银贮器1、三通阀7、与被测,真,真空系统相,连,连接的导管6和刻度尺5等组成,。,测量前将压,缩,缩式真空计,的,的导管与被,侧,侧系统相连,接,接，由于系,统,统内压力各,处,处相等，所,以,以玻璃泡和,测,测量毛细管,内,内的压力与,待,待测系统内,的,的压力,p,相等,。,。测,量,量时,用,用任,一,一种,方,方法,将,将水,银,银提,升,升，,当,当水,银,银面,停,停在,如,如图5所,示,示的,位,位置,，,，停,止,止提,升,升，,其,其压,力,力计,算,算公,式,式为,p,d,2,gh,1,（,h,1,h,2,）/(4,V,),式中,d,为测,量,量毛,细,细管,的,的内,径,径。,V,和,d,为真,空,空计,的,的已,知,知数,据,据，,则,则：,p,Kh,1,（,h,1,h,2,）,K,d,2,g,/(4,V,)=1.05,10,5,d,2,/,V,式中,p,待,待,测,测压,力,力，Pa,h,1,、,h,2,液,液,面,面差,，,，m,K,真,真,空,空计,常,常数,，,，Pam,-2,V,玻,玻,璃,璃泡,和,和测,量,量毛,细,细管,总,总容,积,积，m,3,根据,测,测量,时,时选,定,定水,银,银面,的,的基,准,准线,位,位置,的,的不,同,同，,刻,刻度,方,方法,分,分为,下,下面,三,三种,：,：,(1)无,定,定标,刻,刻度,法,法：,即,即在,测,测量,时,时，,将,将水,银,银面,提,提,升,升到,任,任意,位,位置,固,固定,下,下来,，,，如,图,图5,的,的位,置,置，,分,分别,测,测出,h,1,和,h,2,值，,代,代入,基,基本,方,方程,式,式就,可,可计,算,算出,待,待测,的,的压,力,力值,p,，这,种,种方,法,法称,为,为无,定,定标,刻,刻度,法,法，,此,此法,多,多用,于,于做,为,为标,准,准计,校,校对,其,其它,相,相对,真,真空,计,计时,。,。,图5,压,压,缩,缩式,真,真空,计,计测,量,量图,(2)平,方,方刻,度,度法,：,：在,测,测量,时,时，,将,将比,较,较毛,细,细管,中,中水,银,银面,提,提升,到,到与,测,测量,毛,毛细,管,管内,顶,顶端,同,同一水平,线,线(,基,基准,线,线),上,上，,即,即此,时,时,h,2,0,则,则基,本,本方,程,程式,可,可写,成,成：,p,Kh,2,（3,）,）直,线,线刻,度,度法,：,：在测,量,量时,，,，将,水,水银,面,面提,升,升到,测,测量,毛,毛细,管,管上,某,某一,位,位置(此,位,位置,做,做为,基,基准,线,线),，,，即,h,1,常,数,数，则,基,基本,方,方程,式,式写,成,成：,p,Kh,1,h,K,line,h,式中,K,line,为直,线,线刻,度,度真,空,空计,常,常数,，,，Pam,-1,。所以,p,与水,银,银液,面,面高,度,度差,h,成直,线,线关,系,系，,故,故称,为,为直,线,线刻,度,度法,。,。,在刻,度,度过,程,程中,，,，,h,1,可选,其,其等,于,于任,意,意值,，,，选,定,定一,个,个值(一,条,条基,准,准线)就,可,可有,一,一对,应,应的,刻,刻度,尺,尺，,因,因此,，,，同,一,一台,压,压缩,式,式真,空,空计,可,可同,时,时选,定,定几,个,个,h,1,值,就,就可,有,有对,应,应的,几,几个,不,不同,的,的刻,度,度尺,。,。,可凝,蒸,蒸气,（,（尤,其,其是,水,水）,是,是真,空,空系,统,统中,常,常见,的,的，,由,由于,其,其不,符,符合,波,波义,耳,耳定,律,律，,故,故压,缩,缩式,真,真空,不,不能,正,正确,反,反应,可,可凝,蒸,蒸气,的,的压,力,力。,通,通常,在,在压,缩,缩式,真,真空,计,计与,被,被测,系,系统,之,之间,安,安一,冷,冷阱,，,，用,以,以捕,集,集可,凝,凝性,蒸,蒸气,，,，此,时,时压,缩,缩真,空,空计,的,的指,示,示为,永,永久,气,气体,的,的分,压,压力,。,。,压缩,式,式真,空,空计,的,的特,点,点：,1),刻,刻度,与,与气,体,体种,类,类无,关,关，,这,这是,对,对永,久,久性,气,气,体,体,而,而言,。,。,2),测,测量,范,范围,较,较宽,、,、精,度,度较,高,高。,工,工作,用,用压,缩,缩式,真,真空,计,计的,测,测量,范,范围,为,为10,2,10,-3,Pa,，,，对,其,其结,构,构尺,寸,寸进,行,行改,进,进后,可,可使,量,量程,进,进一,步,步扩,大,大。,其,其测,量,量精,度,度比,较,较高,，,，一,般,般相,对,对误,差,差为1010,-2,左右,。,。,3),不,不能,连,连续,测,测量,。,。由,于,于每,测,测量,一,一次,需,需升,降,降水,银,银一,次,次，,不,不能,连,连续,读,读数,，,，操,作,作费,时,时。,4),水,水银,蒸,蒸气,对,对人,体,体有,害,害。,2.4,热,热传,导,导真,空,空计,热传,导,导真,空,空计,是,是根,据,据在,低,低压,力,力下,（,（,d,），,气,气体,分,分子,热,热传,导,导与,压,压力,有,有关,的,的原,理,理制,成,成的,。,。其,原,原理,图,图如,图,图6,所,所示,。,。它,是,是在,一,一玻,璃,璃管,壳,壳中,由,由边,杆,杆支,撑,撑一,根,根热,丝,丝，,热,热丝,通,通以,电,电流,加,加热,，,，使,其,其温,度,度高,于,于周,围,围气,体,体和,管,管壳,的,的温,度,度，,于,于是,在,在热,丝,丝和,管,管壳,之,之间,产,产生,热,热传,导,导。,当,当达,到,到热,平,平衡,时,时，,热,热丝,的,的温,度,度决,定,定于,气,气体,热,热传,导,导，,因,因而,也,也就,决,决定,于,于气,体,体压,力,力。,如,如果,预,预先,进,进行,了,了校,准,准则,可,可用,热,热丝,的,的温,度,度或,其,其相,关,关量,来,来指,示,示气,体,体的,压,压力,。,。,图6,所,所,示,示,规,规,管,管,中,中,的,的,热,热,丝,丝,热,热,量,量,散,散,失,失,，,，,只,只,有,有,Q,g,在,低,低,压,压,力,力,与,与,压,压,力,力,有,有,关,关,，,，,而,而,Q,L,和,Q,r,均,与,与,压,压,力,力,无,无,关,关,，,，,可,可,简,简,写,写,成,成,图6,热,热,传,传,导,导,真,真,空,空,计,计,原,原,理,理,图,图,热,传,传,导,导,量,量,Q,与,压,压,力,力,p,的,关,关,系,系,如,如,图,图7,所,所,示,示,。,。,由,上,上,式,式,表,表,明,明,，,，,当,当,K,1,K,2,p,时,，,，,即,即,Q,L,+,Q,r,p,b,时，由于,规,规管中的,压,压力差,p,1,p,b,，膜片发,生,生应变引,起,起电容,C,0,改变，破,坏,坏了测量,电,电桥电路,的,的平衡、,指,指示仪表,上,上亦有相,应,应的指示,。,。调节直,流,流补偿电,源,源电压对,电,电容,C,0,充电使,其,其静电力,与,与压差相,等,等，此时,，,，电桥电,路,路重新达,到,到平衡，,指,指示仪表,又,又重新指,零,零。根据,补,补偿电压,的,的大小，,就,就能得到,被,被测压力,p,1,，故有,式中,p,1,被侧,压,压力；,p,b,参考,压,压力；,U,补偿,电,电压；,K,规管,常,常数，其,值,值,K=C,0,/d,0,，,C,0,和,d,0,分别为固,定,定电极与,膜,膜片在平,衡,衡状态下,的,的静态电,容,容和间距,。,。,当,p,1,p,b,时，测量,结,结果就是,绝,绝对压力,，,，即,p,1,=KU,2,电容式薄,膜,膜真空计,测,测量范围,为,为10,1,10,1,Pa,其,规,规管常数,K,可通过校,准,准得到。,近年来，,电,电容式薄,膜,膜真空计,取,取得了重,大,大进展，,新,新型的双,电,电容式薄,膜,膜真空计,的,的问世，,提,提高了该,类,类真空计,的,的精度，,扩,扩展了测,量,量范围，,使,使其测量,下,下限可达10,3,Pa。,单侧双电容,薄,薄膜真空计,具,具有灵敏度,高,高、气体的,介,介电常数不,变,变、压力读,数,数完全不受,气,气体成分影,响,响、反应速,度,度快等特点,。,。如将其规,管,管参考室内,加,加置消气剂,并,并抽至,Pa，就可,测,测量Pa的绝对压,力,力。,2.8 放,射,射性电离真,空,空计,利用放射性,同,同位素辐射,粒子或,粒子对气体,分,分子的电离,作,作用制成的,真,真空计称为放射性电离,真,真空计。其结构如,图,图23所示,放射性电离,真,真空计由放,射,射性电离规,管,管和测量仪,器,器两部分组,成,成。放射性,电,电离规管主,要,要由放射性,同,同位素源B,、,、圆筒形阳,极,极A和离子,收,收集极C组,成,成。测量仪,器,器主要由离,子,子流测量放,大,大器F、输,出,出表G和阳,极,极电源E组,成,成。,图23 放,射,射性电离真,空,空计结构,当放射性同,位,位素辐射出,来,来的高能,或,粒子在规管,内,内与气体分,子,子碰撞时，,使,使气体分子,电,电离，在一,定,定压力范围,内,内，电离所,产,产生的离子,流,流与气体压,力,力有如下关,系,系：,I,i,Sp,式中,I,i, 离子,流,流,p, 被测,压,压力,S, 规管,灵,灵敏度,这种真空计,所,所使用的放,射,射性同位素,的,的强度较弱,，,，对人体为,安,安全剂量。,其压力测量,范,范围0.1,10,4,Pa，它的,读,读数与气体,种,种类有关。,2.9 磁,悬,悬浮转子真,空,空计,磁悬浮转子,转,转速的衰减,与,与其周围气,体,体分子的外,摩,摩擦有关。,由图24可,见,见，除了用,于,于磁悬浮转,子,子的螺旋线,圈,圈2外，在,真,真空室下边,还,还设置一敏,感,感线圈5，,通,通过伺服电,路,路控制螺旋,线,线圈2的电,流,流，使转子,悬,悬浮在预定,高,高度。在真,空,空室两侧的,一,一对驱动线,圈,圈3产生旋,转,转磁场，驱,动,动转子以每,秒,秒200400转的,速,速度自转。,虽,虽然转子在,给,给定的垂直,位,位置会自动,地,地趋向磁场,最,最强处(,般,般在对称轴,上,上)，但若,受,受外界扰动,，,，转子将围,绕,绕轴作水平,振,振动。图中,紧,紧临真空室,下,下方的阻尼,钢,钢针6可使,这,这种振动衰,减,减。,图24 磁,悬,悬浮