压缩式真空计(麦氏计)的工作原理

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      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实用的绝对真空计,并且从1874年至今仍做为校准其它真空计的主要仪器。

压缩式真空计

图4:压缩式真空计


      图4示出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。

压缩式真空计测量图

图5:压缩式真空计测量图


      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,当水银面停在如图5所示的位置时,停止提升,其压力计算公式为:

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——为液面差,m
        K——称为真空计常数,Pam-2
        V——玻璃泡和测量毛细管总容积,m3

根据测量时选定水银面的基准线位置的不同,有三种刻度方法:
     (1)无定标刻度法:即在测量时,将水银面提升到任意位置固定下来,如图5的位置,分别测出h1和h2值,代入基本方程式就可计算出待测的压力值p,这种方法称为无定标刻度法,此法多用于做为标准计校对其它相对真空计时。
     (2)平方刻度法:在测量时,将比较毛细管中水银面提升到与测量毛细管内顶端同一水平线(基准线)上,即此时h2=0,则基本方程式可写成:
    p = Kh2    (5)
可见压力p与水银面高度差h的平方成正比,所以此法称为平方刻度法。
     (3)直线刻度法:在测量时,将水银面提升到测量毛细管上某一位置(此位置做为基准线),即h1=常数,则基本方程式写成:
    p = K·h1h = Klineh    (6)
式中Kline为直线刻度真空计常数,Pam-1。所以p与水银液面高度差h成直线关系,故称为直线刻度法。
    在刻度过程中,h1可选其等于任意值,选定一个值(一条基准线)就可有一对应的刻度尺,因此,同一台压缩式真空计可同时选定几个h1值,就可有对应的几个不同的刻度尺。
     可凝蒸气(特别是水)是真空系统中常见的,由于其不符合玻意耳定律,故压缩式真空不能正确反应可凝蒸气的压力。通常在压缩式真空计与被测系统之间安一冷阱,用以捕集可凝性蒸气,此时压缩真空计的指示为永久气体的分压力。
     压缩真空计的特点是:
    (1)刻度与气体种类无关,这是对永久性气体而言。
    (2)测量范围较宽、精度较高。工作用压缩式真空计的测量范围为102~lO-3Pa,对其结构尺寸进行改进后可使量程进一步扩大。其测量精度比较高,一般相对误差在lO×10-2左右。
    (3)不能连续测量。由于每测量一次需升降水银一次,不能连续读数,操作费时。
    (4)水银蒸气对人体有害。

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