影响压缩式真空计测量的几个主要因素

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  尽管压缩式真空计具有较高的可靠性,但是还存在许多产生测量误差的因素,本文就几个主要因素进行简要的分析。

1、蒸气对测量的影响

  通常在被测量的真空系统中,总是有些蒸气存在,如压缩式真空计工作液本身就是一个蒸气源,此外还有部分水蒸气和其他蒸气源等。由于这种真空计是基于理想气体波义耳定律工作的,所以应对蒸气进行分析,了解它对测量的影响。任何蒸气被压缩到其饱和蒸气压时,压力就不再因压缩而增高,因此压缩式真空计显然不能正确测出蒸气的压力,需要做具体分析。

  对于工作液水银来说,在室温下,其饱和蒸气压约为10-1Pa左右,同时存在于测量毛细管和比较毛细管水银面上,故不能造成任何水银柱的高度差,这就意味着压缩式真空计任何时候都不能反映出它本身工作液的蒸气压。但是,这种蒸气压却能扩散到真空系统中去,因此必须在真空系统和压缩式真空计之间安装一个冷阱,用来消除水银蒸气对真空系统的影响,这时进入真空系统的水银蒸气只相当于冷凝温度的水银饱和蒸气压,如用液氮冷阱,其值低于10-30Pa。

  对于饱和蒸气压小于30Pa的未饱和蒸气,压缩后在测量毛细管中达到饱和蒸气压,而在比较毛细管中仍为未饱和蒸气,故二者之间就会出现小于0.2mm的水银面高度差,这个高度差用肉眼很难读出,故这类蒸气的压力就不能反映出来。机械泵油(饱和蒸气压在10-2~10-3Pa)、扩散泵油(饱和蒸气压在10-4~10-3 Pa)即属于这种情况。

  对于饱和蒸气压大于500Pa的未饱和蒸气,压缩后测量毛细管中达到饱和蒸气压,而比较毛细管中尚未达到饱和蒸气压,就会使水银面出现0.2mm以上的高度差,已可以用肉眼观察出来,这时的读数可认为是饱和蒸气压值。真空系统中残存的一些水蒸气即属此种情况。

  真空系统中最典型的情况是永久性气体和某些蒸气的混合体,而且其比例无法确定,用压缩式真空计测量时,读出的数值究竟是永久性气体的分压、蒸气的饱和蒸气压还是全压(永久性气体分压和蒸气分压之和),这就要按上述情况做具体分析。因此,为了排除蒸气给测量带来麻烦,常在真空系统和压缩式真空计之间安装一个冷阱,这样测得的为永久性气体分压。所以通常所说的压缩式真空计是测量气体分压力,就是指带冷阱而言的。

2、水银蒸气流效应

  在讨论蒸气对测量的影响时,为了消除蒸气的影响而在真空系统与压缩式真空计之间安装一个冷阱,这就给测量又带来一个新的误差来源,即水银蒸气流效应。它是由于冷阱的存在,导致压缩式真空计中的水银蒸气不断向冷阱方向流动形成一个稳定的水银蒸气流,这个稳定的水银蒸气流将压缩式真空计中的气体分子带向真空

  系统,造成压缩式真空计中的压力低于真空系统的实际压力。这一效应在压力测量下限时引起近20×10-2的系统误差。为了克服这一现象,一般在压缩式真空计连接管口处安置一个阀门,在进行测量读数前先将该阀门关上,切断水银蒸气流与冷阱间的气路。

3、不稳定的毛细作用

  由于压缩式真空计测量毛细管和比较毛细管内径的不均匀性、表面状况不同等原因,致使毛细管中水银不规则运动所引起的一系列异常现象,给测量带来误差。为了减小其影响,最早采用的方法是对毛细管内径进行磨毛加工,提高毛细管内径的均匀性。有文献提出了“摩擦阻力是引起毛细管中水银不规则运动的主要原因”的假设,并采用涂油润滑的方法,即在毛细管内表面涂一层厚度约为3μm的均匀油膜(DC-704硅油),可较好地消除毛细管中发生的一系列异常现象。

  除上述因素外,还有静电效应、温度变化、结构尺寸不准确、偏离理想气体的波义耳定律、连接管和真空计玻璃的出气等,都可给测量带来误差。

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