真空计是按照真空计测量原理所利用的不同的物理机制,可将主要的真空计分为三大类,分别是利用力学性能、利用气体动力学效应和利用带电粒子效应的真空计。利用力学性能的真空计典型的有波尔登规(Bourdon)和薄膜电容规;利用气体动力学效应的典型真空计有皮拉尼(Pirani)电阻规和热电偶规;利用带电粒子效应的典型真空计有热阴极电离规和冷阴极电离规。
按真空计测量原理分类
直接测量真空计
这种真空计直接测量单位面积上的力,有:
(1)静态液位真空计:利用U型管两端液面差来测量压力。
(2)弹性元件真空计:利用与真空相连的容器表面受到压力的作用而产生弹性变形来测量压力值的大小。
间接测量真空计
压力为10-1Pa时,作用在1cm2表面上力只有10-5N,显然测量这样小的力是困难的。但可根据低压下与气体压力有关的物理量的变化来间接测量压力的变化。属于这类的真空计有:
(1)压缩式真空计:其原理是在U型管的基础上再应用波义耳定律,即将一定量待测压力的气体,经过等温压缩使之压力增加,以便用U型管真空计测量,然后用体积和压力的关系计算被测压力。
(2)热传导真空计:利用低压下气体热传导与压力有关这一原理制成。常用的有电阻真空计和热偶真空计。
(3)热辐射真空计:利用低压下气体热辐射与压力有关原理。
(4)电离真空计:利用低压下气体分子被荷能粒子碰撞电离,产生的离子流随电力变化的原理。如:热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计和放射性电离真空计等。
(5)放电管指示器:利用气体放电情况和放电颜色与压力有关的性质判定真空度,一般仅能作为定性测量。
(6)粘滞真空计:利用低压下气体与容器壁的动量交换即外摩擦原理。如振膜式真空计和磁悬浮转子真空计。
(7)场致显微仪:以吸附和解吸时间与压力关系计算压力。
(8)分压力真空计:利用质谱技术进行混合气体分压力测量。常用的有四极质谱计、回旋质谱计和射频质谱。
U型压力真空计工作原理:
U型压力真空计是一种液体式压力计,根据流体静力平衡原理,利用液柱高度差直接进行压力测量的仪器。U形玻璃管中二端玻璃管必须平衡,内径一致,U型压力真空计一端顶端封闭,且保持一定的真空度。管内装有工作介质高纯度水银,U型压力计经铜接头与被测设备连接,设备内的压力由真空泵抽气后,看U型管内的水银柱端面高度差对照刻度板,直接读出绝对压力。
U型压力真空计维护保养:
U型压力真空计运输和使用中要小心轻放,不要随便松开螺帽,以防水银流出。
U型压力真空计要保持水银的纯度,水银受污染会影响测量的精度。
使用后应先关闭真空阀门后再关闭真空泵,以防真空泵内的油进入压力计和真空系统。
管内封闭端有空气进入,应反复慢慢摆转压力计以排除空气。
U型压力真空计在短期内不使用,可用塞头堵塞内经处保存。
U型压力真空计的检定周期为二年。
电阻真空计即采用电阻技术的真空计,一般先校准零点,再进行满度校准。
原理
金属圆筒内部设有一白金细线,两端连接电极。
通过电极给白金细线提供电流时,白金细线会发热,气体分子碰撞白金细线或热辐射或通过固体热传导等方式,白金线的热量会被夺走。
单位时间内以上三种方式夺走的热量为Qg,Qr,Qs,则平衡状态下时以下公式成立
Q=I2R=Qg+Qr+Qs(1)
Q是单位时间细线放出的热量,R是细线的电阻,I是细线的电流。
气体的平均自由行程比细线的直径大很多时,Qg通过自由分子的热传导被表示为
Qg=αΛπda(T-T0)p(2)
T和T0分别为细线和金属圆筒的温度,P为气体压力,a是细线长度。剩下的Qs和Qr可以分别表示如下
Qs=Sκ(T-T0)/L(3)
Qr=πdaσε(T4-T04)(4)
(3)是电极的热传导,其中S是细线的断面积,κ是固体的传导率,L是电极的长度。
(4)式代表热辐射,σ和ε分别被称为常数和固体辐射率。如果保持T和T0一定,则(3)和(4)式为常数。如果用I02R表示一定量的固体热传导和热辐射,则式1可以表示为
I2R=Ap+I02R(5)
A=αΛπda(T-T0)(6)
I0是压力为0的时候细线的电流,是弥补固体热传导和热辐射而带来的热量损失。A式是不依存压力的定数如果已知细线的电阻R,电流I0及定数A,则可以通过(5)式求得压力P。
校准
一般先校准零点,再进行满度校准。
(1)校准零点。
校准零点需对被测真空系统抽真空,一旦电离规测得真空度高于1.0^-1Pa(如9.9X10^-2Pa),按"校零"按钮,对应指示灯亮或快速闪烁,真空计自动校正零点,当显示1.0^-1Pa时,表示规管零点已校准。
对于无自动零点校准的电阻真空计,可通过操作面板上的电位器旋钮手动调整。
(2)满度校正。
校准完零点后,需对其满度校正。按满度校正过程要求,对被测炉腔放人大气,确保被校电阻规所测位置为大气状态,在大气压下工作约10分钟。
按"满度"按钮,对应指示灯亮或快速闪烁,真空计自动校正满度,当显示1.0^5Pa时,表示规管满度已校准。对于无自动满度校准的电阻真空计,可通过操作面板上的电位器旋钮手动调整。
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