真空测量技术发展溯源

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)河南师范大学物理与信息工程学院 作者:杨鸿鸣

  真空,这个被定义为在给定的空间内,气体分子的密度低于该地区大气压的气体分子密度的状态,在人们的日常生活及工作中,在工农业生产实践中,在科学技术研究中不仅与之息息相关,而且已是一种必不可少的特殊环境条件。在漫长的科学技术发展史中,在真空物理与真空技术的发展史中,对真空的测量技术也一直伴随着进步与发展。

  1643年,伽利略的学生,意大利人E.Torricelli做出了世界上第一个衡量气体压强的装置,实验证实了大气压相当于760mm汞柱的压强(7.6×104Pa),开创了定量测量真空程度的先河。

  19世纪中叶,英国发明家Bourdon发明了形变真空计,又称为Bourdon管真空计和负压表,其压强测量范围为105~103Pa,它是工业上应用最广泛的绝对型粗真空计之一。

  1858年,德国玻璃工H.Geissler和J.Pliickre发明放电管真空计,其工作压强范围为100~10-2Pa,迄今为止,此真空计在真空度需粗略指示场合仍应用十分普遍。

  1874年,英国物理学家H.Mcleod发明压缩式液柱真空计,到目前为止,仍是真空科学技术领域最成熟,最基本的基准绝对型真空计,其压强测量范围为103~10-3Pa。

  1906年,英国人M.Pirani发明热导式热电阻真空计,可准确测量10 2~10 -1Pa的真空度。迄今,热电式真空计都是在此原理基础上派生出来的。

  1906年,W.Voege发明热导式热电偶真空计,可测量102~10-1 Pa,其是一种典型的绝对型粗真空真空计。

  1916年,美国人O.E.Buckley发明热阴极电离真空计,给人们测量高真空指出了一条光明大道,其压强测量范围为10-1~10-5Pa,它也是目前实际应用非常普遍的高真空真空计。

  1937年,荷兰人F.M.Penning 发明冷阴极磁控电离真空计,其压强测量范围为100~10-6Pa,性能粗犷耐用,但准确度欠高,也是一种常用的高真空真空计。

  1940年,A.O.Nier研制成功磁偏转质谱计,它是典型的测量气体组分及分压强的真空计。其最高工作压强范围为10-1~10-2Pa,最小可检分压强为10-11Pa。

  1946年,W.Beams发明磁悬浮自悬转子粘滞真空计。它是一种绝对型高真空真空计,压强测量范围为10-2~10-5,由于其量程宽,精度高, 稳定可靠等优点而越发受到人们的青睐。

  1946年,J.R.Downing发明放射能电离真空计,其压强测量范围为10 1~10-2Pa。

  1948年,W.E.Stephens首先研制成功飞行时间质谱计,它是典型的一类气体组分与分压强测量的真空计*其最小可检分压强为 -11Pa。

  1949年,H.E.Sommer,H.A.Thomas,J.A.Hipple提出并演示了回旋质谱计,它也是测量气体组分及分压强的一类重要的真空计。它最小可检测分压强10-10Pa。

  1950年,美国人R.T.Bayard和D.Alpert发明热阴极超高真空电离真空计,其压强测量范围为10-1~10-8Pa,其又称为 B-A真空计,它使得真空测量领域有了历史性的突破, 它极大地推动了超高真空技术的发展。

  1951年,D.Alpret,C.G.Matland,A.O.McGoubrey报道了他们的薄膜电容真空计。它也是一种与气体种类无关的绝对型真空计。而且由于其测量范围宽,精度高,耐高温, 耐腐蚀。在高科技领域中应用十分广泛, 其测量范围为105~10-5Pa。

  1953年,W.Paul,H.Steinwedel首先提出四极滤质器质谱计。此类真空计最小可检测分压强达10-14Pa ,最高工作压强为10-1Pa。

  1957年,德国人G.J.Schultz,A.V.Phelps发明了高压强电离真空计,尽量利用离子流的较好的线性等优点来代替热传导规的不足) 其压强测量范围为102~10-4Pa。

  1959年,M.Varicak发明半导体热敏真空计。测量范围为102~10 -4Pa,其制造工艺过于复杂难以推广应用。

  1960年,P.A.Redhead发明调制B-A电离真空计,测量压强下限拓宽至10 -10Pa。是一种典型实用的超高真空真空计。

  1963年,W.C.Schuemann发明抑制型B-A电离真空计,其测量下限可达10-10Pa。

  1966年,J.C.Helmer,W.H.Hayward发明离子偏转收集型电离真空计,又称为弯注型B-A电离真空计。测量下限可达10 -11Pa,是一种很好的极高真空真空计。

  1968年,J.Groszkowski发明又一种埋藏收集型电离真空计,测量压强下限达到10-11Pa,也是一种很好的实用的极高真空真空计。

  七十年代后的二、三十年中,真空测量技术领域在新原理方面没有出现明显突破性的进展) 较多的是在基本清晰的原理思路上的改进与补充) 处于一个相对稳定的时期。尤其是在极高真空区域内的测量,更是每前进一点都十分困难,而且经常伴随着反复。不过,新事物总是不断地产生着。如1971年报导的光散射绝对型真空计,可测至10-9Pa压强,1972年提出的场致显微镜真空计,可测至10-14Pa。1973年提出的管型倍增器真空计,预计可测至10-14Pa压强;1974年报导的脉冲放电真空计,1977年报导的激光电离真空计预计可测至10-11Pa真空度;1992年报导的离子谱真空计可测至10-12Pa真空度,等等。

  今天 成千上万的科学工作者及技术人员正在高科技领域中,以极大的热情对于压强小于10-11Pa的真空状态的准确测量进行不懈的探索与研究,人们满怀希望地期待着新原理、新思想方法的出现。同时, 人们也在不断努力提高真空测量的准确度,尤其是不同方法的重叠区域的正确校准测量,以及真空计的稳定性、自动化、智能化、可靠性、环境适应性等方面的改进与提高。

  纵观真空科学技术的发展史,每取得点滴成绩与进步,都是人类智慧与辛勤劳动的汗水的结晶,人类征服自然的脚步永不会停止,我们坚信,在真空测量领域里,令人激动与鼓舞的新成果将会不断涌现, 真空科学技术将会奔向新的高峰。

参 考 文 献

  1.[美]G.L.威斯勒,R.W.卡尔森主编, 真空物理和技术[M]. 北京: 原子能出版社,1990
  2.唐政清,真空测量[M]. 北京:宇航出版社,1992
  3. 李旺奎. 极高真空测量和超高真空校准[J]. 真空技术 1975,4(2);
  4 Z.Hulek.全压和分压测量的发展[J] 真空, 1988,(6);
  5 白鹤祥.真空测量的现状与发展预测[J].真空与低温, 1986:5(3);
  6 华中一. 极高真空展望.真空技术[J].1978,7(2);
  7李旺奎,刘强,吕时良.日本的极高真空技术研究[J].真空,1995,(4);
  8[苏]г,д 萨克萨甘斯基.辐射物理装置中的超高真空技术[M].北京: 原子能出版社,1984
  9 陈丕瑾, 真空的科学技术[M].北京: 国防工业出版社,1987
  10 杰. 亚伍德.高真空技术[M].北京: 科学出版社, 1954
  11 胡汉泉, 王迁 主编.真空物理与技术及其在电子器件中的应用[M].北京:国防工业出版社, 1982

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