热传导真空计的测量范围

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1、压力测量下限

  在低压力下(λ ≥r2),气体热传导散失的热量Qg与压力p有关;而热丝引线热传导和热辐射散失的热量QL、Qr与压力无直接关系(可能有一些次级效应)。当压力p更低时(λ》r2)Qg变小,并引起热丝温度变化,如果这种变化已无法从噪声中检测出来,则此压力即是测量的下限。此时热丝的平衡温度T1主要决定于QL和Qr。一般的热传导真空计的测量下限为10-1~10-2 Pa。

  为了扩展热传导真空计的测量下限,必须提高Qg并设法降低QL和Qr。根据式(4-1),选用细而长的热丝,或选用λL小的热丝材料,均能降低 QL。但选择热丝材料时,还必须考虑机械强度、电阻温度特性、热稳定性和化学稳定性等因素。

热传导真空计的测量范围

  根据式(4-2),为了降低Qr,应选用表面全辐射系数ε1小的材料作热丝,而管壁内表面的全辐射系数ε2愈大愈好。同时还要综合考虑其他一些因素,如T1、T2、r1及L等对Qg的影响。

热传导真空计的测量范围

  选用适应系数α1大的材料或通过对材料表面进行处理的方法提高 α1,均可提高 Qg。但考虑到热丝的机械强度等因素,提高α1是有限的。

  增大L既能提高Qg又可降低QL;增大r2或提高温差,虽然能增大Qg,但与降低QL和Qr有矛盾,须折中考虑。由于Qr与温度呈四次方的关系,所以增大温度时,Qr比Qg增大得更快。为便于综合考虑,可假设ε1 =ε2,则有

热传导真空计的测量范围

  根据式(4-7),选用足够低的T2和不太高的T1值,可提高Qg/Qr。将管壳浸于冷剂中可使T2大大降低,但使用时既不方便也不经济,还有可能出现被测气体凝结等现象,故一般情况很少采用。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为实用的热传导真空计规管温度T2 =T0(室温),热丝温度T1通常取100~ 200℃。

2、压力测量上限

  根据圆筒系统热传导的理论,对于热丝半径r1远小于管壳半径r2的圆筒系统,当λ≥r1时,其热传导与压力有关。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为这主要是由于在r1《r2的情况下,分子碰撞管壁的几率远大于碰撞热丝的几率,故气体温度近似等于管壁温度 T2。只是在离热丝较近的距离内,气体温度才有剧变。

  如果压力再高,以至于λ<r1时,则碰撞热丝返回的分子,在其第一个自由程所碰撞的分子将是“热”的,此时,它必须经过多次碰撞才能丧失其偏高的热量。因此,对应于λ =r1的压力就是热传导真空计压力测量上限的理论值。实际的压力测量上限与规管结构和测量线路有关,可采取措施扩展压力测量上限。其办法包括:适当提高热丝的工作温度;采用细而短的热丝;利用热对流现象等。采用这些方法后,压力测量上限可延伸至103~104Pa,甚至可达0.1MPa。

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