真空度的表征、单位和真空区域划分

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:鬼马

真空度的表征

  用压力表示真空度是由历史上采用 U 型压力计测量真空所沿用下来的,这并不十分合理。

  在一般真空系统中,通常以各向同性的中性气体的压力这一流体静力学的物理量表示真空度,因此,真空度的测量仅仅归结于压力的测量。但应特别注意测量条件,测量的对象是在有限的容器内的静止(随机运动)、稳态、各向同性单一的中性气体。在这种情况下,麦克斯威速度分布、余弦散射定律和流体静力学压力概念(p = nkT,v= 1/4nc,p = ρgh)都比较符合客观实际,真空度的测量也比较简单容易。

  根据真空度定义,真空度最好用分子密度n表示,而以压力表示真空度与此并不矛盾。测量压力时,一般气体处于平衡态并满足麦克斯威速度分布定律,即p = nkT成立。测量时气体温度T一定,所以气体压力p正比于分子密度n。也就是说,此时压力是分子密度的量度,所以可以用压力表示真空度。

  在空间研究中,研究对象是无限空间的运动(1 ~ 10kms-1或更高)以及非稳态、综合环境作用下的复杂气氛,此时麦克斯威速度分布定律和余弦散射定律就不一定成立,所以压力也失去了原来的物理意义,真空度的测量比较复杂和困难了。

  在一般情况下,以压力表示真空度是流行、沿用的,但并不是唯一的,还可以用如下参数表示真空度:

  当真空度很高即分子密度很小时,统计涨落十分明显,如压力 p = 10-12Pa时,统计涨落大于5 × 10-2,压力已失去真实意义。由此看来,在某些情况下,压力只是其他量的相对指示而已。

真空度单位

  根据气体分子对表面碰撞而定义的气体压力,是碰撞单位表面积气体分子动量垂直分量的时间变化率,即单位面积上所受的力,单位为“帕斯卡”(Pascal),简称“帕”(Pa)。

1Pa = 1Nm-2

  在工程上有时嫌帕的量值太小,常采用kPa和MPa表示压力。低真空时,有时用“真空度百分数”表示,比如水环式真空泵往复式真空泵和直排大气罗茨真空泵常用此单位表示真空度。当压力p > 102Pa时,真空度百分数δ为

  式中:p0———标准大气压力,Pa。

真空区域划分

  有了量度真空度的单位,就可以定量地表示真空度的高低。但是,目前真空技术所涉及的压力范围已宽达20个数量级,为了使用方便,有时只需要粗略指出真空度的大致范围,通常定性地把真空粗略划分几个区域。划分区域的依据主要考虑真空状态下气体分子运动的物理特性、真空泵和真空计的有效工作范围等。

  我国关于真空区域的划分,《真空技术名词术语(GB3163—1982)》中规定如下:

  粗真空、低真空和高真空是依气体分子平均自由程与容器特征尺寸d相比的值来划分的。主要考虑:是气体分子之间的相互碰撞还是气体分子与器壁的相互碰撞对所出现的物理现象起决定性作用。

  将高真空和超高真空的界限定为10-6 Pa,主要是考虑真空物理吸附机制只有在压力p < 10-6 Pa时才开始明显,才可由扩散泵抽气获得,由B -A计进行压力测量。至于超高与极高真空的划分界限在10-12 Pa,是因为p < 10-12 Pa时,出现统计涨落(大于5 × 10-2)。

  上述的真空区域划分,各区域均表示一个压力范围,原因是目前仍以压力表示度。但是,在低真空、高真空、超高真空和极高真空中,所说的压力是有着本质差别的,只是其他量的相对指示。

  各个区域的真空物理特性、所用的真空泵和真空计详见表1。

  国外关于真空区域划分也不一致,随着真空技术的发展,真空区域划分亦有变化。

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