熱傳導真空計的工作原理圖

2020-05-06 真空技術網 真空技術網整理

  熱(re)(re)傳導真空計(ji)是根據在低(di)壓力下(λ>>d),氣(qi)體(ti)(ti)分子熱(re)(re)傳導與壓力有關的(de)原理制成的(de)。其原理圖如(ru)圖6所(suo)示。它是在一玻璃管殼(ke)(ke)中由邊(bian)桿支撐一根熱(re)(re)絲(si)(si)(si),熱(re)(re)絲(si)(si)(si)通以電(dian)流(liu)加熱(re)(re),使其溫度(du)(du)高于(yu)周圍氣(qi)體(ti)(ti)和(he)管殼(ke)(ke)的(de)溫度(du)(du),于(yu)是在熱(re)(re)絲(si)(si)(si)和(he)管殼(ke)(ke)之(zhi)間產生熱(re)(re)傳導。當達到熱(re)(re)平衡(heng)時,熱(re)(re)絲(si)(si)(si)的(de)溫度(du)(du)決(jue)定(ding)于(yu)氣(qi)體(ti)(ti)熱(re)(re)傳導,因而也就決(jue)定(ding)于(yu)氣(qi)體(ti)(ti)壓力。如(ru)果預先(xian)進(jin)行了(le)校準(zhun)則可用熱(re)(re)絲(si)(si)(si)的(de)溫度(du)(du)或(huo)其相關量來指(zhi)示氣(qi)體(ti)(ti)的(de)壓力。

熱傳導真空計原理圖

圖6:熱傳(chuan)導真空計原理圖

  圖6所示規管中(zhong)熱絲熱量散失,只有Qg在低壓(ya)(ya)力(li)與壓(ya)(ya)力(li)有關,而QL和Qr均與壓(ya)(ya)力(li)無關,可簡寫成(cheng)

Q = K1 + K2p (7)

  熱傳導量Q與(yu)壓力p的關系如圖7所(suo)示(shi)。

熱傳導量Q與壓力P的關系

圖7:熱傳導(dao)量(liang)Q與壓(ya)力(li)P的關系

  由上式表明(ming),當K1<2p時,即QL + Qr<g時,總的(de)熱量散失(shi)Q只與壓力(li)p有關,也即Q與Qg有關。它表明(ming),在一定(ding)的(de)加熱條件下,可(ke)根據低壓力(li)下氣(qi)體(ti)分子熱傳導(dao),即氣(qi)體(ti)分子對熱絲的(de)冷卻能力(li)作(zuo)為(wei)壓力(li)的(de)指(zhi)示。這就是熱傳導(dao)真空計(ji)的(de)基本工作(zuo)原理。

  熱(re)傳導真空計規管熱(re)絲(si)(si)的溫(wen)度T1是壓力(li)p的函(han)數(見圖7),即T1 = f(p)。如果預先(xian)測(ce)出這個函(han)數關系,便(bian)可根據熱(re)絲(si)(si)的溫(wen)度T1來確定壓力(li)p。熱(re)絲(si)(si)溫(wen)度的測(ce)量方法,有以下三(san)種;

  1、利用熱絲隨溫度(du)變(bian)化(hua)的線(xian)膨脹性質;

  2、利用熱電偶直接測量熱絲的溫度變化;

  3、利用熱(re)絲電(dian)阻隨溫度(du)變化的性質。

  根(gen)(gen)(gen)據(ju)(ju)第一種(zhong)測(ce)溫(wen)(wen)方法(fa)制(zhi)成的真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)稱膨脹(zhang)式(shi)真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)。根(gen)(gen)(gen)據(ju)(ju)第二種(zhong)測(ce)溫(wen)(wen)方法(fa)制(zhi)成的真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)稱熱(re)偶真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)。根(gen)(gen)(gen)據(ju)(ju)第三種(zhong)測(ce)溫(wen)(wen)方法(fa)制(zhi)成的真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)稱電阻真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji),在電阻真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)中也有(you)用(yong)熱(re)敏(min)電阻代替(ti)金屬熱(re)絲(si)的,此種(zhong)真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)稱熱(re)敏(min)電阻真(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)計(ji)。其(qi)靈(ling)敏(min)度(du)較(jiao)高(gao),但(dan)穩定性較(jiao)差。

  熱(re)偶真(zhen)空(kong)(kong)計和(he)電阻真(zhen)空(kong)(kong)計是目(mu)前粗真(zhen)空(kong)(kong)和(he)低真(zhen)空(kong)(kong)測量(liang)中用(yong)得(de)最多的(de)兩(liang)種真(zhen)空(kong)(kong)計。

  熱傳導真空(kong)計是(shi)相對真空(kong)計,常(chang)常(chang)在標準環境下,用絕對真空(kong)計或(huo)用校準系統進行校準。

  氣(qi)(qi)體(ti)(ti)種類的(de)(de)(de)影響:熱(re)傳導(dao)真空(kong)計(ji)對(dui)不同氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)測量(liang)結果是不同的(de)(de)(de),這是由(you)于不同氣(qi)(qi)體(ti)(ti)分子(zi)的(de)(de)(de)導(dao)熱(re)系數不同引起(qi)的(de)(de)(de)。因此(ci),在測量(liang)不同氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)壓力時,可根(gen)據干燥(zao)空(kong)氣(qi)(qi)(或氮氣(qi)(qi))刻(ke)度(du)的(de)(de)(de)壓力讀數,再乘以(yi)相應(ying)的(de)(de)(de)被測氣(qi)(qi)體(ti)(ti)相對(dui)靈敏度(du),就可得到該氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)實(shi)際壓力,即

preal = Srpread

  式中

  pread&mdash;—以干燥空氣(qi)(或氮氣(qi))刻度的壓力計讀數,Pa

  preal——被測氣體的(de)實際壓力,Pa

  Sr——被測氣體(ti)對空氣的(de)相對靈敏度。

  通常(chang)以干(gan)燥(zao)空氣(qi)(或氮(dan)氣(qi))的(de)相對靈(ling)敏度為1,其(qi)它一(yi)些常(chang)用的(de)氣(qi)體和蒸氣(qi)的(de)相對靈(ling)敏度如表2所示。

表2 熱傳導規對一(yi)些氣體與蒸(zheng)汽的(de)相對靈敏度

氣體或蒸氣
S
氣體或蒸氣
S
空氣
1
一氧化碳
0.97
0.67
二氧化碳
0.94
1.12
二氧化硫
0.77
1.31
甲烷
0.61
1.56
乙烯
0.86
2.30
乙炔
0.60
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