溫度差對規(guī)管測量影響

2008-10-29 鬼馬 真空技術(shù)培訓(xùn)講座

    真空室有時具有冷壁、冷阱或熱源，這樣會使規(guī)管處于室溫，而真空室空間溫度處于低溫或高溫下；或者當(dāng)真空規(guī)管在校正與測量時的溫度不一樣，以上兩種情況下，都會造成誤差。而且這種影響與壓力的高低有關(guān)。
    (1)壓力較高(p＞130 Pa，λ<<d)情況下
    嚴(yán)格地講，當(dāng)壓力較高時，只要兩個相連容器處于平衡狀態(tài)，則無論其兩者的溫度是否相等，其壓力應(yīng)該是相等的。如圖5，根據(jù)氣體壓力公式P=nkT，有n1kT1=n2kT2  ,如T1≠T2,n1≠n2則有
(1)
即在高壓力情況下，處于平衡狀態(tài)下的真空系統(tǒng)內(nèi)存在溫度不均勻時，其分子密度與絕對溫度成反比。
以上情況對于直接測量壓力的真空儀表(如U型計、壓縮式真空計、薄膜式真空計)是沒有影響的，但對于根據(jù)氣體分子密度的大小來測量真空度的真空儀表(如高壓力電離真空計)就會產(chǎn)生誤差。如果這些真空儀表在校準(zhǔn)和測量時溫度不一樣的話，其測量結(jié)果將用下式修正
(2)
 
式中P1——溫度為T1時的校準(zhǔn)壓力值
    P2——溫度為T2時的校準(zhǔn)壓力值
   由于T1和T2都為絕對溫度，如T1與T2均在常溫條件，即使T1≠T2，其影響是不太大的，因此，只有在作精密測量時，才需要用式(2)進行修正。
圖5 溫度對測量影響的示意圖
 
(2)低壓力(λ>>d)情況下
    當(dāng)容器處在低壓力情況下，其余情況仍如圖5相同，這時就存在著熱流逸現(xiàn)象。因為這時氣體分子的運動狀態(tài)處于分子態(tài)，處于平衡狀態(tài)下的兩個相連容器，在單位時間內(nèi)氣體分子從容器1進入容器2的分子數(shù)和從容器2進入容器1的分子數(shù)分別為此處分別為氣體分子相應(yīng)于溫度T1和T2時的平均速度，A為連接兩容器管道的截面積。從容器1到容器2的凈分子數(shù)為
因為,上式可寫成
(3)
由于處于平衡狀態(tài)，N=0，上式可簡化為
 
   式(4)說明，在氣體處于分子態(tài)時，真空系統(tǒng)即使處于平衡狀態(tài)，如系統(tǒng)內(nèi)部存在溫度不均勻時，也將引起壓力和密度的不同，這就是熱流逸現(xiàn)象。因此，在高真空儀表的校準(zhǔn)時要盡量使真空校準(zhǔn)系統(tǒng)和真空計處于相同的溫度。
    這種情況對于根據(jù)直接測量壓力的真空儀表可按式(4)進行修正。對于根據(jù)氣體分子密度測量真空度的電離真空計可按下式進行修正
(5)
 
式中T1、T2——分別為校準(zhǔn)時真空規(guī)管和校準(zhǔn)系統(tǒng)的溫度
   T'1、T'2——分別為測量時真空規(guī)管和被測真空系統(tǒng)的溫度
    P1、P2——分別為真空規(guī)管在測量時和校準(zhǔn)時的壓力讀數(shù)值
    真空規(guī)管測得的壓力P與真空室中實際達(dá)到的壓力Ps也可用如下近似關(guān)系表示
(6)
式中T1——測量時真空室空間溫度
    T2——測量時規(guī)管周圍環(huán)境溫度