温度差对规管测量影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术培训讲座 作者:鬼马
    真空室有时具有冷壁、冷阱或热源,这样会使规管处于室温,而真空室空间温度处于低温或高温下;或者当真空规管在校正与测量时的温度不一样,以上两种情况下,都会造成误差。而且这种影响与压力的高低有关。
    (1)压力较高(p>130 Pa,λ<<d)情况下
    严格地讲,当压力较高时,只要两个相连容器处于平衡状态,则无论其两者的温度是否相等,其压力应该是相等的。如图5,根据气体压力公式P=nkT,有n1kT1=n2kT2  ,如T1≠T2,n1≠n2则有
(1)
即在高压力情况下,处于平衡状态下的真空系统内存在温度不均匀时,其分子密度与绝对温度成反比。
以上情况对于直接测量压力的真空仪表(如U型计、压缩式真空计、薄膜式真空计)是没有影响的,但对于根据气体分子密度的大小来测量真空度的真空仪表(如高压力电离真空计)就会产生误差。如果这些真空仪表在校准和测量时温度不一样的话,其测量结果将用下式修正
(2)
 
式中P1——温度为T1时的校准压力值
    P2——温度为T2时的校准压力值
   由于T1和T2都为绝对温度,如T1与T2均在常温条件,即使T1≠T2,其影响是不太大的,因此,只有在作精密测量时,才需要用式(2)进行修正。
图5 温度对测量影响的示意图
 
(2)低压力(λ>>d)情况下
    当容器处在低压力情况下,其余情况仍如图5相同,这时就存在着热流逸现象。因为这时气体分子的运动状态处于分子态,处于平衡状态下的两个相连容器,在单位时间内气体分子从容器1进入容器2的分子数和从容器2进入容器1的分子数分别为此处分别为气体分子相应于温度T1和T2时的平均速度,A为连接两容器管道的截面积。从容器1到容器2的净分子数为
因为,上式可写成
(3)
由于处于平衡状态,N=0,上式可简化为
 
   (4)说明,在气体处于分子态时,真空系统即使处于平衡状态,如系统内部存在温度不均匀时,也将引起压力和密度的不同,这就是热流逸现象。因此,在高真空仪表的校准时要尽量使真空校准系统和真空计处于相同的温度。
    这种情况对于根据直接测量压力的真空仪表可按式(4)进行修正。对于根据气体分子密度测量真空度的电离真空计可按下式进行修正
(5)
 
式中T1、T2——分别为校准时真空规管和校准系统的温度
   T'1、T'2——分别为测量时真空规管和被测真空系统的温度
    P1、P2——分别为真空规管在测量时和校准时的压力读数值
    真空规管测得的压力P与真空室中实际达到的压力Ps也可用如下近似关系表示
(6)
式中T1——测量时真空室空间温度
    T2——测量时规管周围环境温度

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