第十三_真空系统的检测技术.doc

第十三讲：真空系统的检测技术(1) 第十三讲：真空系统的检测技术 张以忱 (东北大学，辽宁沈阳110004) 2真空规管的使用(上接2004年第1期第64页) 2.1温度差对规管测量影响 真空室有时具有冷壁、冷阱或热源，这样会使规管处于室温，而真空室空间温度处于低温或高温下；或者当真空规管在校正与测量时的温度不一样，以上两种情况下，都会造成误差。而且这种影响与压力的高低有关。 (1)压力较高(p 130 Pa，λd)情况下 严格地讲，当压力较高时，只要两个相连容器处于平衡状态，则无论其两者的温度是否相等，其压力应该是相等的。如图5，根据气体压力公式P=nkT，有nlkTl=n2kT2，如T1≠Tz，nl≠n2，则有 ? 即在高压力情况下，处于平衡状态下的真空系统内存在温度不均匀时，其分子密度与绝对温度成反比。 以上情况对于直接测量压力的真空仪表(如U型计、压缩式真空计、薄膜式真空计)是没有影响的,但对于根据气体分子密度的大小来测量真空度的真空仪表(如高压力电离真空计)就会产生误差。如果这些真空仪表在校准和测量时温度不一样的话，其测量结果将用下式修正 式中 P1——温度为T1时的校准压力值 P2——温度为T2的校准压力值 由于T1和T2都为绝对温度，如T1与T2均在常温条件，即使T1≠T2，其影响是不太大的只有在作精密测量时，才需要用式(2)进行修正。 图5温度对测量影响的示意图 (2)低压力(λd)情况下 当容器处在低压力情况下，其余情况仍如图5相同，这时就存在着热流逸现象。因为这时气体分子态的运动状态处于分子态，处于平衡状态下的两个相连容器，在单位时间内气体分子从容器1进入容器2的分子数和从容器2进入容器1的分子数分别为 ? 式中 T1、T2——分别为校准时真空规管和校准系统的温度 T1、T2——分别为测量时真空规管和被测真空系统的温度 P、P2——分别为真空规管在测量时和校准 时的压力读数值 真空规管测得的压力P与真空室中实际达到的压力Ps也可用如下近似关系表示 ? 下，真空系统中的气体是氮、氧、氢、水蒸气、甲烷、油蒸气等多种气体和蒸气的不同组合，其中尤其是氧、水蒸气、油蒸气等组分会给真空计规管带来很大的影响。因此在选择真空计时，需要考虑被测气体成分对规管的寿命及测量准确性带来的影响。 2．2．1氧气的影响 氧气是理想气体，可以用麦氏真空计进行测量，但是当氧分压过高时，会使水银表面发生氧化，影响水银的表面张力，使水银在毛细管中移动时位置不准确，造成测量误差。 普通热传导(例电阻)真空计的灯丝在高温下会氧化，改变热丝的表面状态，引起规管零点漂移和灵敏度的改变，应采用抗氧化热丝的规管。热阴极电离规灯丝亦易氧化，使其寿命缩短。 对氧分压较高的气体氛围，在粗低真空范围内可用薄膜真空计测量；高真空时使用辐射真空计和冷阴极规管。 2．2．2水蒸气的影响 水蒸气是可凝性气体，压缩式真空计测量时要压缩被测气体，使水蒸气凝结，因此在一般情况下不能用 压缩式真空计进行测量。它对热传导真空计的影响与氧气一样，会使规管零点漂移和灵敏度发生变化。 电阻真空计和钨阴极热阴极电离计规管灯丝的材料为钨，钨丝温度较高，高温灯丝与水蒸气发生氧化作用，水蒸气会被高温钨表面分解并与钨反应生成氧化钨和原子态氢，氧化钨蒸发后便附着在规管玻壁上。原子态氢则从管壁上的氧化钨中夺取氧再变成水蒸气。这样循环下去，水蒸气就起着”运输”钨的作用。致使钨阴极不断的蒸发，而使灯丝迅速损坏。特别是水蒸气分压大于10≈Pa时，规管的寿命很短，不易用于测量水蒸气。 在通常情况下。对水蒸气的测量可采用U形压力计和薄膜规、辐射真空计、粘滞规、克努曾真空计等。 冷阴极规管不会发生氧化问题，也可以用于水蒸气分压高的真空系统的测量。 2．2．3油蒸气的影响 在采用有油的抽气系统(机械泵、油扩散泵)抽气时，系统中存在大量的有机油蒸气及其分裂物，它们的蒸气压都比较低，因此不能用压缩式真空计进行测量。如用压缩式真空计测量机械泵的极限真空 度时．要比用热传导真空计测得的数据高一个数量级。用油U型压力计测量油蒸气时。因工作油可以溶解油蒸气，所以也不能得到正确的指示。 用热传导真空计或电离真空计测量油蒸气时。会因油蒸气污染灯丝或在高温阴极上分解生成碳氢化合物，严重的污染电极和管壁，使热传导情况改变，而使规管的灵敏度和特性发生明显的变化，造成测量误差。 在油蒸汽分压高的系统中，低真空时用薄膜真空计测量；高真空时使用辐射真空计进行测量。 2．3????????? 测量系统(规管及其连接管)对测量精度的影响 测量系统(规管和连接导管)对被测系统的