压缩式真空计的结构及工作原理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥工业大学 作者:朱武

  压缩式真空计是对U型管真空计的重大改进,它是依据理想气体的波义耳定律制成的。由于它首先是由麦克劳提出的,故此种真空计又称为麦克劳真空计(简称麦氏计)。

  压缩式真空计是测量压力低于1Pa时用的绝对真空计,并且从1874年至今仍作为校准其他真空计的主要仪器。

  图1 所示为一种工作用压缩式真空计,它是用硬质玻璃吹制而成。由测量毛细管3(顶端为封闭端)、比较毛细管4 、玻璃泡2 、水银贮器1 、三通阀7 、与被测真空系统相连接的导管6和刻度尺5等组成。

  为减小测量误差,测量毛细管和比较毛细管用同一根毛细管截断制成,这样可较好地保持两者内径的均匀性。为使待测系统压力与玻璃泡内的压力一致,导管6要用较粗的玻璃管制成,保证其有足够的通导能力。

  由于压缩式真空计是依据理想气体的波义耳定律制成的,所以其前提条件是被测真空系统内的气体必须是适用波义耳定律的,否则将给测量带来误差;再者要求在测量时真空系统内压力稳定。

压缩式真空计的结构及工作原理

图1  压缩式真空计  图2  压缩式真空计测量图

1—水银贮器 2—玻璃泡 3—测量毛细管 4—比较毛细管 5— 刻度尺 6— 导管 7— 三通阀

  测量前将压缩式真空计的导管与被测系统相连接,由于系统内压力各处相等,所以玻璃泡和测量毛细管内的压力与待测系统内的压力p相等。测量时用任一种方法将水银面提升,当水银面提升到M-M面时(见图2),被测系统与玻璃泡隔断,玻璃泡以上内部压力与被测系统内压力p相等。设M-M 以上包括测量毛细管和玻璃泡体积之和为V。当继续提升水银时,玻璃泡内的气体被压缩,体积减小,压力增高。

  当水银面停在如图2所示的位置时,测量毛细管内的气体体积为V1,压力为 p2,而比较毛细管内压力仍为p。测量毛细管和比较毛细管液面高度差为h = h1-h 2,则测量毛细管内的压力p2= ρgh + p。根据波义耳定律可得

  因为一般用压缩式真空计测量低压,即p《ρgh,故等式右边的p可以忽略。于是,上式可以写成

  又因为测量毛细管压缩后的气体容积V1=(πd2/4)·h 1,经整理得

  此式即为压缩式真空计的基本方程式。式中d为测量毛细管的内径。V和d在吹制压缩式真空计时可测得为已知数据,则

  式中:p——— 待测压力,Pa; h1、h2———液面差,m; K———真空计常数,Pam-2

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