磁悬浮转子真空计的结构及工作原理

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  磁悬浮转子真空计属于衰减型黏滞性真空计,是基于磁悬浮转子转速的衰减与其周围气体分子所产生的外摩擦有关的原理制成的。依据转子悬浮方式的不同,磁悬浮真空计可分为非对称型和对称型两种型式。前者利用作用在转子上的螺旋线圈的磁力与转子自重之间的平衡,使转子悬浮在预定的高度;后者利用永久磁铁的强磁力悬浮转子,完全可以忽略转子自重。对称型结构已被西欧各国推荐为计量部门互校用传递副标准。下面仅就非对称型结构介绍磁悬浮转子真空计的工作原理。

  非对称型磁悬浮转子真空计的结构示意图如下图所示。除了用于磁悬浮转子的螺旋线圈2外,在真空室下边还设置一敏感线圈5,通过伺服电路控制螺旋线圈2的电流,使转子悬浮在预定高度。在真空室两侧的一对驱动线圈3产生旋转磁场,驱动转子以每秒200~400转的速度自转。虽然转子在给定的垂直位置会自动地趋向磁场最强处(一般在垂直对称轴上),但若受外界扰动,转子将围绕轴作水平振动。图中紧邻真空室下方的阻尼钢针6可使这种振动衰减。

非对称型磁悬浮转子真空计结构

图 非对称型磁悬浮转子真空计结构

  这种真空计是基于气体分子对自由旋转钢球的减速作用而工作的。当钢球被驱动线圈的磁场从静止加速到每秒400转的转速之后,停止驱动场,由于气体分子摩擦的积分作用引起钢球自转速度衰减,其转速衰减与气体压力p有着严格的对应关系。

  假如磁支撑及外界因素产生的摩擦与气体摩擦相比较可以忽略的话,在真空室内气体分子的平均自由程大于转子的特征尺寸时,可以导出气体压力p为

非对称型磁悬浮转子真空计结构

非对称型磁悬浮转子真空计结构

  由于入射气体分子到达转子表面之后,要在表面上停留一定时间,离开表面时分子已失去了方向记忆性而遵守余弦定律,因此,vT′≈0,σ ≈1。测试表明,对于各种惰性气体(He、Ne、Ar、Kr,Xe)和活性气体(H2、O2、CO、CO2、CH4),σ值均为1.03左右,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)觉得可以认为 σ与气体成分无关。

  由公式3 -6可知,只要测得不同时刻的转速ω,就能计算出压力p。近年来采用小型感应线圈检测转速ω,通过微处理机直接处理和显示p值。

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