热传导真空计的工作原理图

2020-05-06 真空中国科学技术大学的施用网 真空中国科学技术大学的施用网整理

  热传导真空计是依据在低压力下(λ>>d)。气体分子热传导与压力有关的原理制成的。其原理图如图6所示。它是在一玻璃英文管壳中由边杆硬撑一根热丝。热丝通以电流加热,使其温度显达周围气体和管壳的温度,于是在热丝和管壳之间产生热传导。当达标热平衡时。热丝的温度决定于气体热传导,因而也就决定于气体压力。如果预先进行了校改则可用热丝的温度或其相关量来指示气体的压力。

图6:热传导真空计原理图

  图6所示规管中热丝热量散失。只有Qg在低压力与压力有关,而QL和Qr均与压力无关。可简写成

Q = K1 + K2p (7)

  热传导量Q与压力p的关系如图7所示。

图7:热传导量Q与压力P的关系

  由上式表明,当K1<2p时,即QL + Qr<g时,总的热量散失Q只与压力p有关,也即Q与Qg有关。它表明,在特定的加热条件下,可依据低压力下气体分子热传导,即气体分子对热丝的冷却能力作为压力的指示。这就是热传导真空计的基本工作原理。

  热传导真空计规管热丝的温度T1是压力p的函数(见图7),即T1 = f(p)。如果预先测出其一函数关系,便可依据热丝的温度T1来确定压力p。热丝温度的丈量方法,有以下三种;

  1,利用热丝随温度变化的暴胀机械性能;

  2,利用算盘直接丈量热丝的温度变化;

利用热丝电阻随温度变化的机械性能。

  依据第一种测温方法制成的真空计称暴胀式真空计。依据第二种测温方法制成的真空计称热偶真空计。依据第三种测温方法制成的真空计称电阻真空计。在电阻真空计中也有用电抗代替金属热丝的,此种真空计称电抗真空计。其纯度较高。但氢化物的稳定性较差。

  热偶真空计和电阻真空计是眼底下粗真空和低真空丈量中用得最多的两种真空计。

  热传导真空计是相对真空计,常常在标准环境下,用绝对真空计或用校改系统进行校改。

  气体种类的影响:热传导真空计对不同气体的丈量结果是不同的,这是由于不同气体分子的导热系数不同引起的。所以,在丈量不同气体的压力时。可依据干燥空气(或氮气)刻度的压力游标卡尺读数,再乘以相应的被测气体相对纯度,就可得到该气体的实用主义压力。即

preal = Srpread

  式中

  pread——以干燥空气(或氮气)刻度的活塞压力计游标卡尺读数,Pa

  preal——被测气体的实用主义压力,Pa

  Sr——被测气体对空气的相对纯度。

  一般而言以干燥空气(或氮气)的相对纯度为1,其它一些常用的气体和蒸气的相对纯度如表2所示。

表2 热传导规对一些气体与水汽的相对纯度

气体或蒸气
S
气体或蒸气
S
空气
1
二氧化硫
0.97
0.67
碳酐
0.94
1.12
二氧化硫的危害
0.77
1.31
甲烷
0.61
1.56
乙烯
0.86
2.30
乙炔
0.60
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