真空计分类及选用时的注意事项

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1、真空计分类及选用时的注意事项托里拆利制作的一端封闭充满水银的细长玻璃管就是最初的真空计。根据测量的真空度范围和使用环境，现在最常使用的真空计有电容式隔膜真空计、热电偶真空计、热阴极电离真空计和冷阴极电离真空计。这几种真空计利用了不同的物理现象，其中电容式隔膜真空计利用的是力，热电偶真空计利用的是热传导，电离真空计利用的是真空放电。选用真空计时应该注意以下事项：(1)在设备要求的压强范围内，真空计是否有足够的测量精度；(2)被测气体是否会对真空计造成损伤；(3)真空计是否会对被测真空环境造成影响；(4)真空计所测压强是全压还是分压，是否已校

2、准，是否与气体种类有关；(5)真空计能否实现连续测量，数值指示及反应时间如何；(6)真空计的稳定性、可靠性、寿命。下图为电容式隔膜真空计:根据弹性薄膜在压差作用下产生应变而引起电容变化的原理制成的真空计称为电容式薄膜真空计，它由电容式薄膜规管(又称为电容式压力传感器)和测量仪器两部分组成。根据测量电容的不同方法，仪器结构有偏位法和零位法两种。零位法是一种补偿法，具有较高的测量精度。目前在计量部门作为低真空副标准真空计的就是采用零位法结构。图20零位法薄膜真空计的结构原理图图20示出了零位法电容式薄膜真空计的结构原理图。它由电容式薄膜规管、

3、测量电桥电路、直流补偿电源、低频振荡器、低频放大器、相敏检波器和指示仪表等组成。电容式薄膜规管的中间装着一张金属弹性膜片，在膜片的一侧装有一个固定电极，当膜片两侧的压差为零时，固定电极与膜片形成一个静态电容C0，它与电容C1串联后作为测量电桥的一条桥臂，电容C2、C3和C4与C5的串联电容组成其它三条桥臂。金属弹性膜片将薄膜真空规管隔离成两个室，分别为接被测真空系统的测量室和接高真空系-3统(pb<10Pa)的参考压力室。在这两个室的连通管道上设置一个高真空阀门7。测量时，先将阀门7打开，用高真空抽气系统将规管内膜片两侧的空间抽至参考压力

4、pb。同时调节测量电桥电路，使之平衡，即指示仪表指零。然后，关闭阀门7，测量室接通被测真空系统。当被测压力Pl>Pb时，由于规管中的压力差p1-pb，膜片发生应变引起电容C0改变，破坏了测量电桥电路的平衡，指示仪表上亦有相应的指示。调节直流补偿电源电压对电容C0充电，使其静电力与压差相等，此时，电桥电路重新达到平衡，指示仪表又重新指零。根据补偿电压的大小，就能得出被测压力p1，故有2p1-pb=KU(12)式中p1——被测压力pb——参考压力U——补偿电压K——规管常数，其值K=Co/d0,Co和d0分别为固定电极与膜片在平衡状态下的静态

5、电容和间距。当p1》p0时，测量结果就是绝对压力，即2p1=KU(13)-11电容式薄膜真空计测量范围为10～10Pa，其规管常数K可通过校准得到。近年来，电容式薄膜真空计取得了重大进展，新型的双电容式薄膜真空计的问世，提高了该-3类真空计的精度，扩展了测量范围，使其测量下限可达lOPa。单侧双电容薄膜真空计具有灵敏度高、气体的介电常数不变、压力读数完全不受气体成分影-5-3响、反应速度快等特点。如将其规管参考室内加置消气剂并抽至≤lOPa，就可测量≥lOpa的绝对压力。下图为热电偶真空计:热电偶真空计的构造如图1所示，气体分子承担的热传

6、导量与压强成正比是热电偶真空计的工作原理。图1热电偶真空计的构造图金属圆筒内部设有一根灯丝，两端连接电极，通电后灯丝会发热。灯丝的热量会通过气体分子碰撞灯丝、热辐射和固体热传导等方式被夺走。设单位时间内以上述三种方式夺走的热量分别为Qg、Qr、Qs，则平衡状态下以下公式成立：式中Q———单位时间灯丝放出的热量；R———灯丝的电阻；I———灯丝的电流。气体的平均自由程比灯丝的直径大很多时，Qg通过自由分子的热传导被表示为式中α———适当常数；Λ———分子的热传导率；d———灯丝直径；a———灯丝长度；T———灯丝温度；T0———金属圆筒的温

7、度；p———气体压强。Qs和Qr可以分别表示为式(4-8)代表电极的热传导，其中S是灯丝的断面积，κ是固体的热传导率，L是电极的长度。式(4-9)代表热辐射，σ和ε分别是玻尔兹曼常数和固体辐射率。如果保持T和T02一定，则式(4-8)和式(4-9)为常数。如果用I0R表示一定量的固体热传导和热辐射，则式(4-6)可以表示为I0是灯丝的电流，不断弥补固体热传导和热辐射而带来的热量损失。A是不依存压强的常数。如果已知灯丝的电阻R、电流I0及常数A，则可以通过式(4-10)求得压强p。热电偶真空计的压强测量范围在0.1～300Pa，具有以下优点

8、：(1)结构简单、容易制造、容易操作；(2)工作温度、工作电压较低；(3)所测读数为全压强，并且能够实现远距离的连续测量。但是，热电偶真空计具有受温度影响大、读数时间滞后、读数因气体种类而异、