热传导真空计的工作原理图

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      热传导真空计是根据在低压力下(λ>>d),气体分子热传导与压力有关的原理制成的。其原理图如图6所示。它是在一玻璃管壳中由边杆支撑一根热丝,热丝通以电流加热,使其温度高于周围气体和管壳的温度,于是在热丝和管壳之间产生热传导。当达到热平衡时,热丝的温度决定于气体热传导,因而也就决定于气体压力。如果预先进行了校准则可用热丝的温度或其相关量来指示气体的压力。

热传导真空计原理图

图6:热传导真空计原理图


      图6所示规管中热丝热量散失,只有Qg在低压力与压力有关,而QL和Qr均与压力无关,可简写成
      Q = K1 + K2p    (7)
热传导量Q与压力p的关系如图7所示。

热传导量Q与压力P的关系

图7:热传导量Q与压力P的关系


      由上式表明,当K1<2p时,即QL + Qr<g时,总的热量散失Q只与压力p有关,也即Q与Qg有关。它表明,在一定的加热条件下,可根据低压力下气体分子热传导,即气体分子对热丝的冷却能力作为压力的指示。这就是热传导真空计的基本工作原理。
      热传导真空计规管热丝的温度T1是压力p的函数(见图7),即T1 = f(p)。如果预先测出这个函数关系,便可根据热丝的温度T1来确定压力p。热丝温度的测量方法,有以下三种;
     (1)利用热丝随温度变化的线膨胀性质;
     (2)利用热电偶直接测量热丝的温度变化;
     (3)利用热丝电阻随温度变化的性质。
     根据第一种测温方法制成的真空计称膨胀式真空计。根据第二种测温方法制成的真空计称热偶真空计。根据第三种测温方法制成的真空计称电阻真空计,在电阻真空计中也有用热敏电阻代替金属热丝的,此种真空计称热敏电阻真空计。其灵敏度较高,但稳定性较差。
     热偶真空计和电阻真空计是目前粗真空和低真空测量中用得最多的两种真空计。
     热传导真空计是相对真空计,常常在标准环境下,用绝对真空计或用校准系统进行校准。
     气体种类的影响:热传导真空计对不同气体的测量结果是不同的,这是由于不同气体分子的导热系数不同引起的。因此,在测量不同气体的压力时,可根据干燥空气(或氮气)刻度的压力读数,再乘以相应的被测气体相对灵敏度,就可得到该气体的实际压力,即
     preal = Srpread
式中

        pread——以干燥空气(或氮气)刻度的压力计读数,Pa
        preal——被测气体的实际压力,Pa
        Sr——被测气体对空气的相对灵敏度。
    通常以干燥空气(或氮气)的相对灵敏度为1,其它一些常用的气体和蒸气的相对灵敏度如表2所示。

 

表2 热传导规对一些气体与蒸汽的相对灵敏度

气体或蒸气
S
气体或蒸气
S
空气
1
一氧化碳
0.97
0.67
二氧化碳
0.94
1.12
二氧化硫
0.77
1.31
甲烷
0.61
1.56
乙烯
0.86
2.30
乙炔
0.60

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