1、經(jīng)作者授權(quán)，版權(quán)所有歸東北大學(xué)真空與流體工程研究中心與原作者共有。未經(jīng)本中心及原著者同意，任何人或任何單位不得私自拷貝、刻錄、傳播、轉(zhuǎn)載本講義，或用于商業(yè)用途。東北大學(xué)第七期真空技術(shù)培訓(xùn)班真空測(cè)量技術(shù)真空測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)主講人：東北大學(xué)主講人：東北大學(xué) 劉玉岱劉玉岱 教授教授Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China真空技術(shù)真空技術(shù)o一. 真空技術(shù)概況 （楊乃恒）o二. 真空工程理論基礎(chǔ) （張世偉）o三. 真空系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì)基礎(chǔ) （劉坤）o四. 干式真空泵原理與技術(shù)基礎(chǔ) （巴德純）

2、o五. 真空獲得設(shè)備原理與技術(shù)基礎(chǔ) （張以忱）o六. 真空鍍膜技術(shù)基礎(chǔ) （張以忱）o七. 真空測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) （劉玉岱）o八. 質(zhì)譜原理與真空檢漏 （劉玉岱）o九. 真空冶金技術(shù)基礎(chǔ) （王曉冬）o十. 真空設(shè)備選型的方法與實(shí)踐 （徐成海）東北大學(xué)第七期東北大學(xué)第七期培訓(xùn)系列之培訓(xùn)系列之Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 真空測(cè)量真空測(cè)量o1 真空測(cè)量概述真空測(cè)量概述o2 全壓力測(cè)量全壓力測(cè)量o3 分壓力測(cè)量分壓力測(cè)量o4 真空計(jì)校準(zhǔn)真空計(jì)校準(zhǔn)21/( 2)n Vacuum a

3、nd Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 1 真空測(cè)量概述真空測(cè)量概述o1.2 真空度的表征及單位真空度的表征及單位o1.3 真空計(jì)分類真空計(jì)分類o1.4 真空計(jì)測(cè)量范圍真空計(jì)測(cè)量范圍o1.5 真空測(cè)量特點(diǎn)真空測(cè)量特點(diǎn)o1.6 選擇真空計(jì)原則選擇真空計(jì)原則 21/( 2)n Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 真空測(cè)量就是真空度的測(cè)量，而真空真空測(cè)量就是真空度的測(cè)量，而真空

4、度是指低于大氣壓力的氣體稀薄程度。以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沿用下來(lái)的，壓力表示真空度是由于歷史沿用下來(lái)的，并不十分合理。壓力高意味著真空度低；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(duì)應(yīng)。反之，壓力低與真空度高相對(duì)應(yīng)。 o 真空測(cè)量包括全壓力測(cè)量、分壓力測(cè)真空測(cè)量包括全壓力測(cè)量、分壓力測(cè)量和真空計(jì)校準(zhǔn)三部分。量和真空計(jì)校準(zhǔn)三部分。o 用于探測(cè)低壓空間稀薄氣體壓力的儀用于探測(cè)低壓空間稀薄氣體壓力的儀器稱為真空計(jì)。本文所述壓力的測(cè)量是指器稱為真空計(jì)。本文所述壓力的測(cè)量是指比大氣壓力小得多的氣體壓力測(cè)量。比大氣壓力小得多的氣體壓力測(cè)量。Vac

5、uum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 壓力是一個(gè)力學(xué)量，為單位面積所承壓力是一個(gè)力學(xué)量，為單位面積所承受的力。大氣壓力為受的力。大氣壓力為101325Pa， 直接測(cè)直接測(cè)量這樣大的壓力是容易的，但在真空技術(shù)量這樣大的壓力是容易的，但在真空技術(shù)中，測(cè)量這樣大的壓力是比較少的。真空中，測(cè)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比較低，如有時(shí)技術(shù)中遇到的氣體壓力都比較低，如有時(shí)要測(cè)要測(cè)10-10Pa的壓力，這樣極小的壓力用直的壓力，這樣極小的壓力用直接測(cè)量單位面積所承受的力

6、是不可能的。接測(cè)量單位面積所承受的力是不可能的。因此，測(cè)量真空度的辦法通常是在氣體中因此，測(cè)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(cè)量這個(gè)過程造成一定的物理現(xiàn)象，然后測(cè)量這個(gè)過程中與氣體壓力有關(guān)的某些物理量，再設(shè)法中與氣體壓力有關(guān)的某些物理量，再設(shè)法間接確定出真實(shí)壓力來(lái)。間接確定出真實(shí)壓力來(lái)。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 真空計(jì)種類繁多，工作原理各異，除極少數(shù)真空計(jì)種類繁多，工作原理各異，除極少數(shù)幾種是直接測(cè)量壓力外，其它幾乎都是間接測(cè)量幾種是直接測(cè)量

7、壓力外，其它幾乎都是間接測(cè)量壓力的。壓力的。 o 被測(cè)量氣體多為混合氣體，上述壓力測(cè)量是被測(cè)量氣體多為混合氣體，上述壓力測(cè)量是指混合氣體全壓力測(cè)量。在近代真空測(cè)量技術(shù)中，指混合氣體全壓力測(cè)量。在近代真空測(cè)量技術(shù)中，分壓力測(cè)量越來(lái)越重要。這里所說的分壓力測(cè)量分壓力測(cè)量越來(lái)越重要。這里所說的分壓力測(cè)量是指全面地測(cè)出混合氣體各組成成分的分壓力。是指全面地測(cè)出混合氣體各組成成分的分壓力。這樣，混合氣體的全壓力等于其各組成成分的分這樣，混合氣體的全壓力等于其各組成成分的分壓力之和。壓力之和。o 現(xiàn)代分壓力真空計(jì)都屬于電離類，即先將氣現(xiàn)代分壓力真空計(jì)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

8、，再把離體電離，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(cè)出各成分離子引進(jìn)分析器，將離子分開，分別測(cè)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(shí)只需磁的、電的、電磁結(jié)合和其它方式等。有時(shí)只需知曉被測(cè)系統(tǒng)殘余氣體成分和相對(duì)含量，并不要知曉被測(cè)系統(tǒng)殘余氣體成分和相對(duì)含量，并不要求測(cè)出分壓力值，這種儀器稱為殘余氣體分析儀。求測(cè)出分壓力值，這種儀器稱為殘余氣體分析儀。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern U

9、niversity, Chinao 正確的壓力測(cè)量必須對(duì)真空計(jì)進(jìn)行校正確的壓力測(cè)量必須對(duì)真空計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。因?yàn)槎鄶?shù)真空計(jì)是通過與壓力有關(guān)的準(zhǔn)。因?yàn)槎鄶?shù)真空計(jì)是通過與壓力有關(guān)的物理量間接反應(yīng)壓力，而不是直接通過真物理量間接反應(yīng)壓力，而不是直接通過真空計(jì)有關(guān)參數(shù)計(jì)算求得壓力值。這種真空空計(jì)有關(guān)參數(shù)計(jì)算求得壓力值。這種真空計(jì)必須用標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)或能產(chǎn)生已知低壓的計(jì)必須用標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)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(jì)校準(zhǔn)是校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)?？梢哉f真空計(jì)校準(zhǔn)是真空測(cè)量的基礎(chǔ)，是發(fā)展真空測(cè)量的有力真空測(cè)量的基礎(chǔ)，是發(fā)展真空測(cè)量的有力工具。工具。o 真空計(jì)量器具分三類：計(jì)量基準(zhǔn)器具、真空計(jì)量器具分三類

10、：計(jì)量基準(zhǔn)器具、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作計(jì)量器具。前兩類用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作計(jì)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(guó)真空于復(fù)現(xiàn)和傳遞真空度量值，統(tǒng)一全國(guó)真空量值；后一類是在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。三種計(jì)量器量值；后一類是在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。三種計(jì)量器具的不確定度依次降低。具的不確定度依次降低。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1 .2 真空度的表征及單位真空度的表征及單位o 用壓力表示真空度是由歷史上采用用壓力表示真空度是由歷史上采用U型壓力型壓力計(jì)測(cè)量真空所形成的，這并不十分合理。計(jì)測(cè)量真

11、空所形成的，這并不十分合理。o 在一般真空系統(tǒng)中，通常以各向同性的中性在一般真空系統(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，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(cè)量?jī)H僅歸結(jié)于壓力的測(cè)量。但因此，真空度的測(cè)量?jī)H僅歸結(jié)于壓力的測(cè)量。但特別應(yīng)注意測(cè)量條件。測(cè)量的對(duì)象是在有限的容特別應(yīng)注意測(cè)量條件。測(cè)量的對(duì)象是在有限的容器內(nèi)、靜止器內(nèi)、靜止(隨機(jī)運(yùn)動(dòng)隨機(jī)運(yùn)動(dòng))、穩(wěn)態(tài)、各向同性單一的、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、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)壓力概念余弦散射定律和流體靜力學(xué)壓力概念 （

12、 ） 都較好地符合客觀實(shí)際，真空度的測(cè)量也比較簡(jiǎn)都較好地符合客觀實(shí)際，真空度的測(cè)量也比較簡(jiǎn)單容易。單容易。1,4pnkT vnc pgh1,4pn k Tvn cpg hVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 根據(jù)真空度定義，真空度最好用分子密度根據(jù)真空度定義，真空度最好用分子密度n表表示，而以壓力表示真空度與此并不矛盾。測(cè)量壓示，而以壓力表示真空度與此并不矛盾。測(cè)量壓力時(shí)，一般氣體處于平衡態(tài)并滿足麥克斯威速度力時(shí)，一般氣體處于平衡態(tài)并滿足麥克斯威速度分布定律，即分布定律，即

13、 成立。成立。 測(cè)量時(shí)氣體溫度測(cè)量時(shí)氣體溫度T一定，所以氣體壓力一定，所以氣體壓力p正正比于分子密度比于分子密度n。也就是說，此時(shí)壓力是分子密。也就是說，此時(shí)壓力是分子密度的量度，所以可以用壓力表示真空度。度的量度，所以可以用壓力表示真空度。o 在空間研究中，研究對(duì)象是無(wú)限空間的運(yùn)動(dòng)在空間研究中，研究對(duì)象是無(wú)限空間的運(yùn)動(dòng)(110km s-1或更高或更高)、非穩(wěn)態(tài)、綜合環(huán)境作用下、非穩(wěn)態(tài)、綜合環(huán)境作用下的復(fù)雜氣氛，此時(shí)麥克斯威速度分布定律和余弦的復(fù)雜氣氛，此時(shí)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(lái)散射定律就不一定成立，所以壓力也失去了原來(lái)的物理意義，真空度的測(cè)量比較

14、復(fù)雜和困難了。的物理意義，真空度的測(cè)量比較復(fù)雜和困難了。pnkTVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 在一般情況下，以壓力表示真空度是流行、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)表沿用的，但也不是唯一的，還可以用如下參數(shù)表示真空度：示真空度：粒子密度粒子密度n、分子平均自由程、分子平均自由程 、碰、碰撞次數(shù)撞次數(shù)z、覆蓋時(shí)間、覆蓋時(shí)間 。 o 當(dāng)真空度很高時(shí)，即分子密度很小時(shí)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)真空度很高時(shí)，即分子密度很小時(shí)，統(tǒng)計(jì)漲落十分明顯，如

15、壓力漲落十分明顯，如壓力p=10-12Pa時(shí)，統(tǒng)計(jì)漲落已時(shí)，統(tǒng)計(jì)漲落已大于大于510-2 ，壓力已失去真實(shí)意義。由此看來(lái)，壓力已失去真實(shí)意義。由此看來(lái)，在某些情況下，壓力只是其它量的相對(duì)指示而已。在某些情況下，壓力只是其它量的相對(duì)指示而已。/()npkT/()npkTVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 根據(jù)氣體分子對(duì)表面碰撞而定義的氣體壓力，根據(jù)氣體分子對(duì)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(dòng)量垂直分量的時(shí)間是碰撞單位表面積氣體分子動(dòng)量垂直分量的時(shí)間變化率，

16、即單位面積上所受的力，單位為變化率，即單位面積上所受的力，單位為“帕斯帕斯卡卡”(Pascal)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“帕帕”(Pa)。 lPa1Nm-2o 在工程上有時(shí)嫌帕的量值太小，常采用在工程上有時(shí)嫌帕的量值太小，常采用kPa和和MPa表示壓力。表示壓力。o 低真空時(shí)，有時(shí)用低真空時(shí)，有時(shí)用“真空度百分?jǐn)?shù)真空度百分?jǐn)?shù)”表示，表示，比如水環(huán)式真空泵、往復(fù)式真空泵和直排大氣羅比如水環(huán)式真空泵、往復(fù)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(dāng)壓力茨真空泵常用此單位表示真空度。當(dāng)壓力p102Pa時(shí)，真空度百分?jǐn)?shù)為時(shí)，真空度百分?jǐn)?shù)為（p0-p）/p0100 式中式中p0 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，

17、Pa。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China13真空計(jì)分類真空計(jì)分類按真空刻度方法分類：按真空刻度方法分類：（1）絕對(duì)真空計(jì)：直接讀取氣體壓力，其壓力響）絕對(duì)真空計(jì)：直接讀取氣體壓力，其壓力響 應(yīng)（刻度）可通過自身幾何尺寸計(jì)算出來(lái)或由測(cè)應(yīng)（刻度）可通過自身幾何尺寸計(jì)算出來(lái)或由測(cè)力確定。與氣體種類無(wú)關(guān)。力確定。與氣體種類無(wú)關(guān)。（2）相對(duì)真空計(jì)：由一些與氣體壓力有函數(shù)關(guān)系）相對(duì)真空計(jì)：由一些與氣體壓力有函數(shù)關(guān)系的量來(lái)確定壓力，不能通過簡(jiǎn)單的計(jì)算進(jìn)行刻度，的量來(lái)確定壓力，不能通過簡(jiǎn)

18、單的計(jì)算進(jìn)行刻度，必須進(jìn)行校準(zhǔn)才能刻度。一般由作為傳感器的真必須進(jìn)行校準(zhǔn)才能刻度。一般由作為傳感器的真空計(jì)規(guī)管（或規(guī)頭）和用于控制、指示的測(cè)量器空計(jì)規(guī)管（或規(guī)頭）和用于控制、指示的測(cè)量器組成。讀數(shù)與氣體種類有關(guān)。組成。讀數(shù)與氣體種類有關(guān)。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao按真空計(jì)測(cè)量原理分類按真空計(jì)測(cè)量原理分類(1)直接測(cè)量真空計(jì)直接測(cè)量真空計(jì) 這種真空計(jì)直接測(cè)量單位面積上的力，有這種真空計(jì)直接測(cè)量單位面積上的力，有 A.靜態(tài)液位真空計(jì)：利用靜態(tài)液位真空計(jì)：利用U型管兩端

19、液面型管兩端液面差來(lái)測(cè)量壓力。差來(lái)測(cè)量壓力。 B.彈性元件真空計(jì)：利用與真空相連的容彈性元件真空計(jì)：利用與真空相連的容器表面受到壓力的作用而產(chǎn)生彈性變形來(lái)器表面受到壓力的作用而產(chǎn)生彈性變形來(lái)測(cè)量壓力值的大小。測(cè)量壓力值的大小。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China(2)間接測(cè)量真空計(jì)間接測(cè)量真空計(jì) 壓力為壓力為10-1Pa時(shí)，作用在時(shí)，作用在1cm2表面上力只有表面上力只有10-5N，顯然測(cè)量這樣小的力是困，顯然測(cè)量這樣小的力是困難的。但可根據(jù)低壓下與氣體壓力有關(guān)的物理量難的。

20、但可根據(jù)低壓下與氣體壓力有關(guān)的物理量的變化來(lái)間接測(cè)量壓力的變化。屬于這類的真空的變化來(lái)間接測(cè)量壓力的變化。屬于這類的真空計(jì)有：計(jì)有： A.壓縮式真空計(jì)：其原理是在壓縮式真空計(jì)：其原理是在U型管的基礎(chǔ)上再型管的基礎(chǔ)上再應(yīng)用波義耳定律，即將一定量待測(cè)壓力的氣體，應(yīng)用波義耳定律，即將一定量待測(cè)壓力的氣體，經(jīng)過等溫壓縮使之壓力增加，以便用經(jīng)過等溫壓縮使之壓力增加，以便用U型管真空型管真空計(jì)測(cè)量，然后用體積和壓力的關(guān)系計(jì)算被測(cè)壓力。計(jì)測(cè)量，然后用體積和壓力的關(guān)系計(jì)算被測(cè)壓力。 B.熱傳導(dǎo)真空計(jì)：利用低壓下氣體熱傳導(dǎo)與壓力熱傳導(dǎo)真空計(jì)：利用低壓下氣體熱傳導(dǎo)與壓力有關(guān)這一原理制成。常用的有電阻真空計(jì)和熱偶有

21、關(guān)這一原理制成。常用的有電阻真空計(jì)和熱偶真空計(jì)。真空計(jì)。 C.熱輻射真空計(jì)：利用低壓下氣體熱輻射與壓力熱輻射真空計(jì)：利用低壓下氣體熱輻射與壓力有關(guān)原理。有關(guān)原理。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, ChinaD.電離真空計(jì)：利用低壓下氣體分子被荷能粒子碰電離真空計(jì)：利用低壓下氣體分子被荷能粒子碰撞電離，產(chǎn)生的離子流隨壓力變化的原理。如：撞電離，產(chǎn)生的離子流隨壓力變化的原理。如：熱陰極電離真空計(jì)、冷陰極電離真空計(jì)和放射性熱陰極電離真空計(jì)、冷陰極電離真空計(jì)和放射性電離真空計(jì)等。電離真空計(jì)等

22、。E.放電管指示器：利用氣體放電情況和放電顏色與放電管指示器：利用氣體放電情況和放電顏色與壓力有關(guān)的性質(zhì)判定真空度，一般僅能作為定性壓力有關(guān)的性質(zhì)判定真空度，一般僅能作為定性測(cè)量。測(cè)量。F.粘滯真空計(jì)：利用低壓下氣體與容器壁的動(dòng)量交粘滯真空計(jì)：利用低壓下氣體與容器壁的動(dòng)量交換即外摩擦原理。如振膜式真空計(jì)和磁懸浮轉(zhuǎn)子換即外摩擦原理。如振膜式真空計(jì)和磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)。真空計(jì)。G.場(chǎng)致顯微儀：以吸附和解吸時(shí)間與壓力關(guān)系計(jì)算場(chǎng)致顯微儀：以吸附和解吸時(shí)間與壓力關(guān)系計(jì)算壓力。壓力。H.分壓力真空計(jì)：利用質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行混合氣體分壓分壓力真空計(jì)：利用質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行混合氣體分壓力測(cè)量。常見的有四極質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)

23、和射力測(cè)量。常見的有四極質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)和射頻質(zhì)譜計(jì)等。頻質(zhì)譜計(jì)等。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.4 真空計(jì)測(cè)量范圍真空計(jì)測(cè)量范圍o 壓力測(cè)量中，除極少數(shù)直接測(cè)量外，絕大多壓力測(cè)量中，除極少數(shù)直接測(cè)量外，絕大多數(shù)是間接測(cè)量。就是先在被測(cè)氣體中引起一定的數(shù)是間接測(cè)量。就是先在被測(cè)氣體中引起一定的物理現(xiàn)象，然后再測(cè)量這一過程中與壓力有關(guān)的物理現(xiàn)象，然后再測(cè)量這一過程中與壓力有關(guān)的物理量，進(jìn)而設(shè)法確定壓力值。這是真空測(cè)量的物理量，進(jìn)而設(shè)法確定壓力值。這是真空測(cè)量的特點(diǎn)，

24、亦會(huì)造成某些問題。特點(diǎn)，亦會(huì)造成某些問題。o 任何具體物理現(xiàn)象與壓力的關(guān)系，都是在某任何具體物理現(xiàn)象與壓力的關(guān)系，都是在某一壓力范圍內(nèi)才最顯著，超出這個(gè)范圍，關(guān)系變一壓力范圍內(nèi)才最顯著，超出這個(gè)范圍，關(guān)系變得弱了。因此，任何方法都有其一定的測(cè)量范得弱了。因此，任何方法都有其一定的測(cè)量范圍這個(gè)范圍就是真空計(jì)的圍這個(gè)范圍就是真空計(jì)的“量程量程”。盡可能擴(kuò)。盡可能擴(kuò)展每一種方法的量程，是真空科學(xué)研究的重要內(nèi)展每一種方法的量程，是真空科學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。近代真空技術(shù)所涉及到的壓力范圍寬達(dá)容之一。近代真空技術(shù)所涉及到的壓力范圍寬達(dá)19個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí)(10510-14 Pa)，沒有任何一種真空，沒有

25、任何一種真空計(jì)能測(cè)量如此寬的壓力范圍，因此總是用幾種真計(jì)能測(cè)量如此寬的壓力范圍，因此總是用幾種真空計(jì)分別管轄一定的區(qū)域。但由于各種真空計(jì)在空計(jì)分別管轄一定的區(qū)域。但由于各種真空計(jì)在原理上的差異，在相互銜接的區(qū)域，往往要造成原理上的差異，在相互銜接的區(qū)域，往往要造成較大的誤差。較大的誤差。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 在被測(cè)空間引起一定物理現(xiàn)象，還會(huì)在被測(cè)空間引起一定物理現(xiàn)象，還會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，即從測(cè)量的角度出發(fā)，出現(xiàn)這樣的問題，即從測(cè)量的角度出發(fā)，本需要一種單純

26、的物理現(xiàn)象，但有時(shí)卻不本需要一種單純的物理現(xiàn)象，但有時(shí)卻不可避免地帶來(lái)一系列寄生現(xiàn)象，這些寄生可避免地帶來(lái)一系列寄生現(xiàn)象，這些寄生現(xiàn)象不但給測(cè)量帶來(lái)誤差，有時(shí)還會(huì)現(xiàn)象不但給測(cè)量帶來(lái)誤差，有時(shí)還會(huì)“喧喧賓奪主賓奪主”，完全把主要現(xiàn)象掩蓋住了。，完全把主要現(xiàn)象掩蓋住了。o 由上觀之，為改善真空計(jì)性能及提高由上觀之，為改善真空計(jì)性能及提高真空測(cè)量準(zhǔn)確度，必須突出主要現(xiàn)象，仰真空測(cè)量準(zhǔn)確度，必須突出主要現(xiàn)象，仰制寄生現(xiàn)象。表制寄生現(xiàn)象。表1給出一些真空計(jì)的壓力給出一些真空計(jì)的壓力測(cè)量范圍。測(cè)量范圍。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Nort

27、heastern University, China表表1.一些真空計(jì)的壓力測(cè)量范圍一些真空計(jì)的壓力測(cè)量范圍Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.5 真空測(cè)量特點(diǎn)真空測(cè)量特點(diǎn)o 測(cè)量壓力范圍寬，測(cè)量壓力范圍寬，10510-14 Pao 大部分真空計(jì)是間接測(cè)量。只有壓力為大部分真空計(jì)是間接測(cè)量。只有壓力為10510Pa時(shí)可直接測(cè)單位面積所受的力，但大時(shí)可直接測(cè)單位面積所受的力，但大多數(shù)真空測(cè)量的壓力遠(yuǎn)比上述為小，不能直接測(cè)多數(shù)真空測(cè)量的壓力遠(yuǎn)比上述為小，不能直接測(cè)量，應(yīng)利用低

28、壓下氣體的某些特性量，應(yīng)利用低壓下氣體的某些特性(如熱傳導(dǎo)、如熱傳導(dǎo)、粘滯性和電離等粘滯性和電離等)進(jìn)行間接測(cè)量。進(jìn)行間接測(cè)量。o 多采用非電量電測(cè)技術(shù)。多采用非電量電測(cè)技術(shù)。o 大部分真空計(jì)的讀數(shù)與氣體種類和成分有關(guān)。大部分真空計(jì)的讀數(shù)與氣體種類和成分有關(guān)。所以測(cè)量時(shí)要特別注意被測(cè)量氣體種類和成分，所以測(cè)量時(shí)要特別注意被測(cè)量氣體種類和成分，否則會(huì)造成很大誤差。否則會(huì)造成很大誤差。o 測(cè)量精度不高。測(cè)量精度不高。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.6 選擇真空計(jì)原則選擇

29、真空計(jì)原則o在要求的壓力區(qū)域內(nèi)有要求的精度。在要求的壓力區(qū)域內(nèi)有要求的精度。o被測(cè)氣體是否會(huì)損傷真空計(jì)；真空計(jì)和被測(cè)氣體被測(cè)氣體是否會(huì)損傷真空計(jì)；真空計(jì)和被測(cè)氣體相互影響。相互影響。o能測(cè)全壓力嗎能測(cè)全壓力嗎?可校準(zhǔn)嗎可校準(zhǔn)嗎?靈敏度與氣體種類有靈敏度與氣體種類有關(guān)否。關(guān)否。o可否連續(xù)指示、電氣指示以及反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短?？煞襁B續(xù)指示、電氣指示以及反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短。o穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性、可靠性和壽命如何。穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性、可靠性和壽命如何。o還要看真空計(jì)的安裝方法、操作性能、保修、管還要看真空計(jì)的安裝方法、操作性能、保修、管理、市場(chǎng)有無(wú)銷售、購(gòu)買難易程度和規(guī)格如何。理、市場(chǎng)有無(wú)銷售、購(gòu)買難易程度和規(guī)格如何。o

30、除上述應(yīng)考慮的問題外，還要查閱參考書、樣本除上述應(yīng)考慮的問題外，還要查閱參考書、樣本或直接向生產(chǎn)工廠詢問。或直接向生產(chǎn)工廠詢問。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 2 全壓力測(cè)量全壓力測(cè)量Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China21 U型管真空計(jì)型管真空計(jì)o 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的測(cè)量壓力的儀器，它通常是用結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的測(cè)量壓力的儀器，它通常是用玻璃管制成，其工作液體有

31、多種，通常為水銀。玻璃管制成，其工作液體有多種，通常為水銀。管的一端與待測(cè)壓力的真空容器相連，另一端是管的一端與待測(cè)壓力的真空容器相連，另一端是封死的或開口與大氣相通，以封死的或開口與大氣相通，以U型管兩瑞的液面型管兩瑞的液面差來(lái)指示真空度。差來(lái)指示真空度。U型管真空計(jì)的測(cè)量范圍為型管真空計(jì)的測(cè)量范圍為10510Pa。它是一種絕對(duì)真空計(jì)。它是一種絕對(duì)真空計(jì)。（1）開式）開式U型管真空計(jì)：將型管真空計(jì)：將U型管內(nèi)充入適量的工型管內(nèi)充入適量的工作液作液(如水銀如水銀)，一端開口接大氣，一端開口接大氣(即環(huán)境大氣壓即環(huán)境大氣壓p0)，另一端與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接，另一端與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接(待測(cè)壓力待

32、測(cè)壓力p)，如圖如圖1所示。所示。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 圖圖1 開式開式U型管真空計(jì)型管真空計(jì)o其壓力計(jì)算公式如下：其壓力計(jì)算公式如下： p = p0gh式中式中 p 待測(cè)壓力待測(cè)壓力 p0 環(huán)境大氣壓力環(huán)境大氣壓力 h 兩液面高度差兩液面高度差 工作液密度工作液密度 g 重力加速度重力加速度Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China(2)閉式閉

33、式U型管真空計(jì)：如圖型管真空計(jì)：如圖2所示，把管內(nèi)預(yù)所示，把管內(nèi)預(yù)先抽至壓力為先抽至壓力為10-1Pa以下，然后將工作液以下，然后將工作液(如水銀如水銀)注入管內(nèi)，其開口端與待測(cè)真空系注入管內(nèi)，其開口端與待測(cè)真空系統(tǒng)相連接。當(dāng)真空系統(tǒng)抽氣前，真空系統(tǒng)統(tǒng)相連接。當(dāng)真空系統(tǒng)抽氣前，真空系統(tǒng)內(nèi)的壓力等于環(huán)境大氣壓力，則工作液充內(nèi)的壓力等于環(huán)境大氣壓力，則工作液充滿封閉端形成最大液面差滿封閉端形成最大液面差h0；當(dāng)系統(tǒng)抽氣；當(dāng)系統(tǒng)抽氣到某一瞬間時(shí)，兩端液面處于液面靜壓力到某一瞬間時(shí)，兩端液面處于液面靜壓力平衡時(shí)，則待測(cè)壓力值可用下式求得平衡時(shí)，則待測(cè)壓力值可用下式求得(忽略忽略封閉端內(nèi)壓力對(duì)液面的影響

34、封閉端內(nèi)壓力對(duì)液面的影響)：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinap = gh式中式中 p 待測(cè)壓力待測(cè)壓力 h 兩液面高度差兩液面高度差 工作液密度工作液密度 g 重力加速度重力加速度 圖圖2 閉式閉式U型管真空計(jì)型管真空計(jì)Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 彈性元件真空計(jì)彈性元件真空計(jì)o 利用彈性元件在壓差作用下產(chǎn)生彈性利用彈性元件在壓差作用下產(chǎn)生

35、彈性變形的原理制成，一般用于粗真空變形的原理制成，一般用于粗真空（102105Pa）的測(cè)量。根據(jù)變形彈性）的測(cè)量。根據(jù)變形彈性元件分類，這類真空計(jì)通常有彈簧管式、元件分類，這類真空計(jì)通常有彈簧管式、膜盒式和膜片式，其結(jié)構(gòu)如圖膜盒式和膜片式，其結(jié)構(gòu)如圖3所示所示Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 圖圖3 彈性元件真空表結(jié)構(gòu)示意圖彈性元件真空表結(jié)構(gòu)示意圖Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern Un

36、iversity, Chinao測(cè)量結(jié)果是全壓力。測(cè)量結(jié)果是全壓力。o測(cè)量過程中，儀表的吸氣和放氣很小。測(cè)量過程中，儀表的吸氣和放氣很小。o測(cè)量精度較高。測(cè)量精度較高。o反應(yīng)速度較快。反應(yīng)速度較快。o結(jié)構(gòu)牢固。結(jié)構(gòu)牢固。o是絕對(duì)真空計(jì)，是絕對(duì)真空計(jì)，0.5級(jí)以上的表可作為標(biāo)級(jí)以上的表可作為標(biāo)準(zhǔn)表準(zhǔn)表 。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.3 壓縮式真空計(jì)壓縮式真空計(jì)o 壓縮式真空計(jì)是對(duì)壓縮式真空計(jì)是對(duì)U型管真空計(jì)的重型管真空計(jì)的重大改進(jìn)，它是依據(jù)理想氣體的波義耳定律大改進(jìn)

37、，它是依據(jù)理想氣體的波義耳定律制成的。由于它首先是由麥克勞提出的，制成的。由于它首先是由麥克勞提出的，故此種真空計(jì)又稱為麥克勞真空計(jì)故此種真空計(jì)又稱為麥克勞真空計(jì)(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱麥?zhǔn)嫌?jì)麥?zhǔn)嫌?jì))。o 壓縮式真空計(jì)是測(cè)量壓力低于壓縮式真空計(jì)是測(cè)量壓力低于lPa實(shí)實(shí)用的絕對(duì)真空計(jì)，并且從用的絕對(duì)真空計(jì)，并且從1874年至今仍年至今仍做為校準(zhǔn)其它真空計(jì)的主要儀器。做為校準(zhǔn)其它真空計(jì)的主要儀器。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 圖圖4 壓縮式真空壓縮式真空計(jì)計(jì)o 圖圖4示出一種工作示出一

38、種工作用壓縮式真空計(jì)，它用壓縮式真空計(jì)，它是用硬質(zhì)玻璃吹制而是用硬質(zhì)玻璃吹制而成。由測(cè)量毛細(xì)管成。由測(cè)量毛細(xì)管3（頂端為封閉端（頂端為封閉端)、比、比較毛細(xì)管較毛細(xì)管4、玻璃泡、玻璃泡2、水銀貯器水銀貯器1、三通閥、三通閥7、與被測(cè)真空系統(tǒng)相連與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接的導(dǎo)管接的導(dǎo)管6和刻度尺和刻度尺5等組成等組成。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 測(cè)量前將壓縮式真空計(jì)的導(dǎo)管與被側(cè)系統(tǒng)相測(cè)量前將壓縮式真空計(jì)的導(dǎo)管與被側(cè)系統(tǒng)相連接，由于系統(tǒng)內(nèi)壓力各處相等，所以玻璃泡和連接，由于

39、系統(tǒng)內(nèi)壓力各處相等，所以玻璃泡和測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力與待測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的壓力測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力與待測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的壓力p相等。相等。測(cè)量時(shí)用任一種方法將水銀提升，當(dāng)水銀面停在測(cè)量時(shí)用任一種方法將水銀提升，當(dāng)水銀面停在如圖如圖5所示的位置，停止提升，其壓力計(jì)算公式所示的位置，停止提升，其壓力計(jì)算公式為為 p d2gh1（h1h2）/(4V) 式中式中 d為測(cè)量毛細(xì)管的內(nèi)徑。為測(cè)量毛細(xì)管的內(nèi)徑。V和和d為真空計(jì)的已為真空計(jì)的已知數(shù)據(jù)，則：知數(shù)據(jù)，則： p Kh1（h1h2） K d2g/(4V) = 1.05105 d2/V 式中式中 p 待測(cè)壓力，待測(cè)壓力，Pa h1、h2 液面差，液面差，m K 真空計(jì)常數(shù)

40、，真空計(jì)常數(shù)，Pam-2 V 玻璃泡和測(cè)量毛細(xì)管總?cè)莘e，玻璃泡和測(cè)量毛細(xì)管總?cè)莘e，m3Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 根據(jù)測(cè)量時(shí)選定水銀面的基準(zhǔn)線位置的根據(jù)測(cè)量時(shí)選定水銀面的基準(zhǔn)線位置的不同，刻度方法分為下面三種：不同，刻度方法分為下面三種： (1)無(wú)定標(biāo)刻度法：即無(wú)定標(biāo)刻度法：即在測(cè)量時(shí)，將水銀面在測(cè)量時(shí)，將水銀面 提升到任意位置固定提升到任意位置固定下來(lái)，如圖下來(lái)，如圖5的位置，的位置，分別測(cè)出分別測(cè)出h1和和h2值，值，代入基本方程式就可代入基本方程式就可計(jì)算出待

41、測(cè)的壓力值計(jì)算出待測(cè)的壓力值p，這種方法稱為無(wú)，這種方法稱為無(wú)定標(biāo)刻度法，此法多定標(biāo)刻度法，此法多用于做為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)校對(duì)用于做為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)校對(duì)其它相對(duì)真空計(jì)時(shí)。其它相對(duì)真空計(jì)時(shí)。圖圖5 壓縮式真空計(jì)測(cè)量圖壓縮式真空計(jì)測(cè)量圖Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China(2)平方刻度法：在測(cè)量時(shí)，將比較毛細(xì)管中水銀面平方刻度法：在測(cè)量時(shí)，將比較毛細(xì)管中水銀面提升到與測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)頂端同一提升到與測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)頂端同一水平線水平線(基準(zhǔn)線基準(zhǔn)線)上，即此時(shí)上，即此時(shí)h20 則基本方程式可寫成：則基本方

42、程式可寫成： pKh2（3）直線刻度法：）直線刻度法：在測(cè)量時(shí)，將水銀面提升到測(cè)在測(cè)量時(shí)，將水銀面提升到測(cè)量毛細(xì)管上某一位置量毛細(xì)管上某一位置(此位置做為基準(zhǔn)線此位置做為基準(zhǔn)線)，即，即h1常數(shù)常數(shù) ，則基本方程式寫成：，則基本方程式寫成： p Kh1h Klineh 式中式中 Kline 為直線刻度真空計(jì)常數(shù)，為直線刻度真空計(jì)常數(shù)，Pam-1 。所以所以p與水銀液面高度差與水銀液面高度差h成直線關(guān)系，故稱為直線成直線關(guān)系，故稱為直線刻度法?？潭确?。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,

43、Chinao 在刻度過程中，在刻度過程中，h1可選其等于任意值，可選其等于任意值，選定一個(gè)值選定一個(gè)值(一條基準(zhǔn)線一條基準(zhǔn)線)就可有一對(duì)應(yīng)的就可有一對(duì)應(yīng)的刻度尺，因此，同一臺(tái)壓縮式真空計(jì)可同刻度尺，因此，同一臺(tái)壓縮式真空計(jì)可同時(shí)選定幾個(gè)時(shí)選定幾個(gè)h1值就可有對(duì)應(yīng)的幾個(gè)不同值就可有對(duì)應(yīng)的幾個(gè)不同的刻度尺。的刻度尺。o 可凝蒸氣（尤其是水）是真空系統(tǒng)中可凝蒸氣（尤其是水）是真空系統(tǒng)中常見的，由于其不符合波義耳定律，故壓常見的，由于其不符合波義耳定律，故壓縮式真空不能正確反應(yīng)可凝蒸氣的壓力?？s式真空不能正確反應(yīng)可凝蒸氣的壓力。通常在壓縮式真空計(jì)與被測(cè)系統(tǒng)之間安一通常在壓縮式真空計(jì)與被測(cè)系統(tǒng)之間安一冷

44、阱，用以捕集可凝性蒸氣，此時(shí)壓縮真冷阱，用以捕集可凝性蒸氣，此時(shí)壓縮真空計(jì)的指示為永久氣體的分壓力?？沼?jì)的指示為永久氣體的分壓力。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao壓縮式真空計(jì)的特點(diǎn)：壓縮式真空計(jì)的特點(diǎn)： 1)刻度與氣體種類無(wú)關(guān)，這是對(duì)永久性氣刻度與氣體種類無(wú)關(guān)，這是對(duì)永久性氣 體而言。體而言。 2)測(cè)量范圍較寬、精度較高。工作用壓縮式真空測(cè)量范圍較寬、精度較高。工作用壓縮式真空計(jì)的測(cè)量范圍為計(jì)的測(cè)量范圍為10210-3Pa，對(duì)其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)，對(duì)其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行改進(jìn)后可使量

45、程進(jìn)一步擴(kuò)大。其測(cè)量精度比較行改進(jìn)后可使量程進(jìn)一步擴(kuò)大。其測(cè)量精度比較高，一般相對(duì)誤差為高，一般相對(duì)誤差為10 10-2左右。左右。 3)不能連續(xù)測(cè)量。由于每測(cè)量一次需升降水銀一不能連續(xù)測(cè)量。由于每測(cè)量一次需升降水銀一次，不能連續(xù)讀數(shù)，操作費(fèi)時(shí)。次，不能連續(xù)讀數(shù)，操作費(fèi)時(shí)。 4)水銀蒸氣對(duì)人體有害。水銀蒸氣對(duì)人體有害。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.4 熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)o 熱傳導(dǎo)真空計(jì)是根據(jù)在低壓力下（熱傳導(dǎo)真空計(jì)是根據(jù)在低壓力下（ d），），氣體分子熱傳導(dǎo)與

46、壓力有關(guān)的原理制成的。其原氣體分子熱傳導(dǎo)與壓力有關(guān)的原理制成的。其原理圖如圖理圖如圖6所示。它是在一玻璃管殼中由邊桿支所示。它是在一玻璃管殼中由邊桿支撐一根熱絲，熱絲通以電流加熱，使其溫度高于撐一根熱絲，熱絲通以電流加熱，使其溫度高于周圍氣體和管殼的溫度，于是在熱絲和管殼之間周圍氣體和管殼的溫度，于是在熱絲和管殼之間產(chǎn)生熱傳導(dǎo)。當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，熱絲的溫度決定產(chǎn)生熱傳導(dǎo)。當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，熱絲的溫度決定于氣體熱傳導(dǎo)，因而也就決定于氣體壓力。如果于氣體熱傳導(dǎo)，因而也就決定于氣體壓力。如果預(yù)先進(jìn)行了校準(zhǔn)則可用熱絲的溫度或其相關(guān)量來(lái)預(yù)先進(jìn)行了校準(zhǔn)則可用熱絲的溫度或其相關(guān)量來(lái)指示氣體的壓力。指示氣體的壓力

47、。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao圖圖6所示規(guī)管中的所示規(guī)管中的熱絲熱量散失，只熱絲熱量散失，只有有Qg在低壓力與在低壓力與壓力有關(guān)，而壓力有關(guān)，而QL和和Qr均與壓力無(wú)關(guān)，均與壓力無(wú)關(guān)，可簡(jiǎn)寫成可簡(jiǎn)寫成 12QKKp圖圖6 熱傳導(dǎo)真空計(jì)原理圖熱傳導(dǎo)真空計(jì)原理圖Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 熱傳導(dǎo)量熱傳導(dǎo)量Q與與壓力壓力p的關(guān)系如圖的關(guān)系如

48、圖7所示。所示。o 由上式表明，由上式表明，當(dāng)當(dāng)K1K2p時(shí)，即時(shí)，即QL+Qrpb時(shí)，由于規(guī)管中的壓力差時(shí)，由于規(guī)管中的壓力差p1pb ，膜片，膜片發(fā)生應(yīng)變引起電容發(fā)生應(yīng)變引起電容C0改變，破壞了測(cè)量電橋電路改變，破壞了測(cè)量電橋電路的平衡、指示儀表上亦有相應(yīng)的指示。調(diào)節(jié)直流的平衡、指示儀表上亦有相應(yīng)的指示。調(diào)節(jié)直流補(bǔ)償電源電壓對(duì)電容補(bǔ)償電源電壓對(duì)電容C0充電使其靜電力與壓差充電使其靜電力與壓差相等，此時(shí)，電橋電路重新達(dá)到平衡，指示儀表相等，此時(shí)，電橋電路重新達(dá)到平衡，指示儀表又重新指零。根據(jù)補(bǔ)償電壓的大小，就能得到被又重新指零。根據(jù)補(bǔ)償電壓的大小，就能得到被測(cè)壓力測(cè)壓力p1，故有，故有Vac

49、uum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China式中式中p1被側(cè)壓力；被側(cè)壓力； pb參考?jí)毫Γ粎⒖級(jí)毫Γ?U補(bǔ)償電壓；補(bǔ)償電壓； K規(guī)管常數(shù)，其值規(guī)管常數(shù)，其值K=C0/d0，C0和和d0分別為分別為固定電極與膜片在平衡狀態(tài)下的靜態(tài)電容和間距。固定電極與膜片在平衡狀態(tài)下的靜態(tài)電容和間距。 當(dāng)當(dāng)p1pb時(shí)，測(cè)量結(jié)果就是絕對(duì)壓力，即時(shí)，測(cè)量結(jié)果就是絕對(duì)壓力，即 p1=KU2 電容式薄膜真空計(jì)測(cè)量范圍為電容式薄膜真空計(jì)測(cè)量范圍為101101Pa,其規(guī)其規(guī)管常數(shù)管常數(shù)K可通過校準(zhǔn)得到。可通過校準(zhǔn)得到

50、。21bppKUVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 近年來(lái)，電容式薄膜真空計(jì)取得了近年來(lái)，電容式薄膜真空計(jì)取得了重大進(jìn)展，新型的雙電容式薄膜真空計(jì)的重大進(jìn)展，新型的雙電容式薄膜真空計(jì)的問世，提高了該類真空計(jì)的精度，擴(kuò)展了問世，提高了該類真空計(jì)的精度，擴(kuò)展了測(cè)量范圍，使其測(cè)量下限可達(dá)測(cè)量范圍，使其測(cè)量下限可達(dá)103 Pa。o 單側(cè)雙電容薄膜真空計(jì)具有靈敏度高、單側(cè)雙電容薄膜真空計(jì)具有靈敏度高、氣體的介電常數(shù)不變、壓力讀數(shù)完全不受氣體的介電常數(shù)不變、壓力讀數(shù)完全不受氣體成分影

51、響、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。如將氣體成分影響、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。如將其規(guī)管參考室內(nèi)加置消氣劑并抽至其規(guī)管參考室內(nèi)加置消氣劑并抽至 Pa，就可測(cè)量，就可測(cè)量 Pa的絕對(duì)的絕對(duì)壓力。壓力。31031 0510Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 利用放射性同位素輻利用放射性同位素輻射射粒子或粒子或粒子對(duì)氣體分粒子對(duì)氣體分子的電離作用制成的真空子的電離作用制成的真空計(jì)稱為計(jì)稱為。其結(jié)構(gòu)如圖其結(jié)構(gòu)如圖23所示所示o 放射性電離真空計(jì)由放射性電離真空計(jì)由放射性電離規(guī)管和測(cè)量?jī)x放射性電離規(guī)管

52、和測(cè)量?jī)x器兩部分組成。放射性電器兩部分組成。放射性電離規(guī)管主要由放射性同位離規(guī)管主要由放射性同位素源素源B、圓筒形陽(yáng)極、圓筒形陽(yáng)極A和和離子收集極離子收集極C組成。測(cè)量組成。測(cè)量?jī)x器主要由離子流測(cè)量放儀器主要由離子流測(cè)量放大器大器F、輸出表、輸出表G和陽(yáng)極和陽(yáng)極電源電源E組成。組成。圖圖23 放射性電離真空計(jì)結(jié)構(gòu)放射性電離真空計(jì)結(jié)構(gòu)Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 當(dāng)放射性同位素輻射出來(lái)的高能當(dāng)放射性同位素輻射出來(lái)的高能或或粒子在規(guī)管內(nèi)與氣體分子碰撞時(shí)，使氣粒子在規(guī)管內(nèi)

53、與氣體分子碰撞時(shí)，使氣體分子電離，在一定壓力范圍內(nèi)，電離所體分子電離，在一定壓力范圍內(nèi)，電離所產(chǎn)生的離子流與氣體壓力有如下關(guān)系：產(chǎn)生的離子流與氣體壓力有如下關(guān)系： IiSp 式中式中 Ii 離子流離子流 p 被測(cè)壓力被測(cè)壓力 S 規(guī)管靈敏度規(guī)管靈敏度o 這種真空計(jì)所使用的放射性同位素的這種真空計(jì)所使用的放射性同位素的強(qiáng)度較弱，對(duì)人體為安全劑量。強(qiáng)度較弱，對(duì)人體為安全劑量。 o 其壓力測(cè)量范圍其壓力測(cè)量范圍0.1104Pa，它的讀，它的讀數(shù)與氣體種類有關(guān)。數(shù)與氣體種類有關(guān)。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern U

54、niversity, Chinao 磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的衰減與其周圍氣體分子的磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的衰減與其周圍氣體分子的外摩擦有關(guān)。外摩擦有關(guān)。o 由圖由圖24可見，除了用于磁懸浮轉(zhuǎn)子的螺旋線可見，除了用于磁懸浮轉(zhuǎn)子的螺旋線圈圈2外，在真空室下邊還設(shè)置一敏感線圈外，在真空室下邊還設(shè)置一敏感線圈5，通過，通過伺服電路控制螺旋線圈伺服電路控制螺旋線圈2的電流，使轉(zhuǎn)子懸浮在的電流，使轉(zhuǎn)子懸浮在預(yù)定高度。在真空室兩側(cè)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈預(yù)定高度。在真空室兩側(cè)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈3產(chǎn)生產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以每秒旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以每秒200400轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)的速度自轉(zhuǎn)。雖然轉(zhuǎn)子在給定的垂直位置會(huì)自動(dòng)地趨向自轉(zhuǎn)。雖然轉(zhuǎn)子在給

55、定的垂直位置會(huì)自動(dòng)地趨向磁場(chǎng)最強(qiáng)處磁場(chǎng)最強(qiáng)處(般在對(duì)稱軸上般在對(duì)稱軸上)，但若受外界擾動(dòng)，但若受外界擾動(dòng)，轉(zhuǎn)子將圍繞軸作水平振動(dòng)。圖中緊臨真空室下方轉(zhuǎn)子將圍繞軸作水平振動(dòng)。圖中緊臨真空室下方的阻尼鋼針的阻尼鋼針6可使這種振動(dòng)衰減。可使這種振動(dòng)衰減。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 圖圖24 磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,

56、 Chinao 這種真空計(jì)是基于氣體分子對(duì)自由這種真空計(jì)是基于氣體分子對(duì)自由旋轉(zhuǎn)鋼球的減速作用而工作的。當(dāng)鋼球被旋轉(zhuǎn)鋼球的減速作用而工作的。當(dāng)鋼球被驅(qū)動(dòng)線圈的磁場(chǎng)從靜止加速到每秒驅(qū)動(dòng)線圈的磁場(chǎng)從靜止加速到每秒400轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速之后，停止驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，由于氣體分子的轉(zhuǎn)速之后，停止驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，由于氣體分子摩擦的積分作用引起鋼球自轉(zhuǎn)速度衰減，摩擦的積分作用引起鋼球自轉(zhuǎn)速度衰減，其轉(zhuǎn)速衰減與氣體壓力其轉(zhuǎn)速衰減與氣體壓力p有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。關(guān)系。o 磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)，量磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)，量程寬（程寬（10-110-5 Pa），用它作互校傳遞），用它作互校傳遞標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，累積誤差小

57、，可靠性重復(fù)性好。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，累積誤差小，可靠性重復(fù)性好。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China31 分壓力測(cè)量概述分壓力測(cè)量概述o 在近代真空測(cè)量技術(shù)中，殘余氣體分析和分在近代真空測(cè)量技術(shù)中，殘余氣體分析和分壓力測(cè)量已愈來(lái)愈重要，在實(shí)驗(yàn)室或者在生產(chǎn)線壓力測(cè)量已愈來(lái)愈重要，在實(shí)驗(yàn)室或者在生產(chǎn)線上經(jīng)常會(huì)見到殘余氣體分析器。在濺射

58、過程和其上經(jīng)常會(huì)見到殘余氣體分析器。在濺射過程和其它等離子工藝過程中，殘余氣體分析器可用來(lái)測(cè)它等離子工藝過程中，殘余氣體分析器可用來(lái)測(cè)量氣體純度、從薄膜中放出氣體載荷和本底氣體量氣體純度、從薄膜中放出氣體載荷和本底氣體成分，這些都是工藝過程中必須的。成分，這些都是工藝過程中必須的。o 前面涉及的真空計(jì)都是用來(lái)測(cè)定全壓力的，前面涉及的真空計(jì)都是用來(lái)測(cè)定全壓力的，而本章將敘述的分壓力真空計(jì)，即要用來(lái)測(cè)量混而本章將敘述的分壓力真空計(jì)，即要用來(lái)測(cè)量混合氣體組成成分的分壓力。全壓力可以說是反映合氣體組成成分的分壓力。全壓力可以說是反映真空的數(shù)量方面，而分壓力既反映數(shù)量方面，更真空的數(shù)量方面，而分壓力既反

59、映數(shù)量方面，更重要的是反映真空的質(zhì)量方面。重要的是反映真空的質(zhì)量方面。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 在超高真空下，氣體的成分常常是極不相同在超高真空下，氣體的成分常常是極不相同的。在氣體成分未明的情況下，超高真空計(jì)的讀的。在氣體成分未明的情況下，超高真空計(jì)的讀數(shù)就無(wú)法確定其對(duì)應(yīng)的壓力。電離真空計(jì)是以空數(shù)就無(wú)法確定其對(duì)應(yīng)的壓力。電離真空計(jì)是以空氣或氮校準(zhǔn)的，所測(cè)得的壓力值為與混合氣體離氣或氮校準(zhǔn)的，所測(cè)得的壓力值為與混合氣體離子流總和相對(duì)應(yīng)的等效空氣壓力或等效氮壓力

60、。子流總和相對(duì)應(yīng)的等效空氣壓力或等效氮壓力。電離真空計(jì)對(duì)不同氣體的相對(duì)靈敏度相差很大，電離真空計(jì)對(duì)不同氣體的相對(duì)靈敏度相差很大，因此，電離真空計(jì)對(duì)混合氣體測(cè)得的等效氮壓力因此，電離真空計(jì)對(duì)混合氣體測(cè)得的等效氮壓力不是混合氣體的真實(shí)壓力，有時(shí)甚至?xí)袛?shù)量級(jí)不是混合氣體的真實(shí)壓力，有時(shí)甚至?xí)袛?shù)量級(jí)的誤差。為了測(cè)量真空中混合氣體組分和相應(yīng)的的誤差。為了測(cè)量真空中混合氣體組分和相應(yīng)的分壓力值，必須進(jìn)行分壓力測(cè)量，所用的儀器稱分壓力值，必須進(jìn)行分壓力測(cè)量，所用的儀器稱為分壓力真空計(jì)。由分壓力真空汁測(cè)得的混合氣為分壓力真空計(jì)。由分壓力真空汁測(cè)得的混合氣體各組分分壓力之和才是其全壓力，這就同時(shí)給體各組分分