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特殊条件下的真空测量

一些尖端科学领域和工业部门的真空测量要求解决一系列新的课题。
①航天科学中真空测量的研究可分为:a、空间环境模拟室中的真空测量。b.空间飞行器上的真空测量。c.星体表面的真空测盆。在解决分子沉、非稳定流、超声速流的测量间题时,还会遇到高温、低温、辐射、带电粒子、微流童、宇宙尘、振动、加速、冲击、自旋、着陆等环境条件。这种情况要求真空规具有体积小、质量轻、宽量程、高精度、长寿命、快速反应等特点。
②高能粒子加速器中的真空测盆。例如,CERN质子交叉贮存环的真空室长为2000m,其上接有500个B-A规,30个残余气体分析器,整个系统的压力范围为10-3Pa-10-10Pa。在真空测量中要求解决自动检测、程序控制、计算机处理等要求,而且还具有磁场、高能粒子、辐射等环境条件,因而要求真空规具有量程宽、寿命长、小型化等特点。
③在受控热核反应器内的真空测量中将会遇到变化的磁场、辐射、带电粒子等环境条件,所以要求能有抗干扰的快速测量。
④冶金工业的真空测量会遇到高沮、粉尘、腐蚀性气体、水蒸气等条件。要求真空规能测荃压、量程宽、寿命长、牢固、可靠、使用方便。
⑤电子管工业中,在解决测量已封离的电子器件内的真空度时,通常用器件本身的电极构成电离规来进行测量。
近年来,在上述特殊条件下的真空测量都有些进展。
虽然上述特殊条件下的真空测量是解决特殊条件所局限的特殊矛盾,但是它对真空测量技术的发展具有深刻的意义。
测量值的评价和误差
1.测量值的评价
真空规的测量值意味着什么?是全压还是其它?这是必须要搞清楚的。
弹性变形规和U形压力计是直接测出气体全压的,与气体种类无关。因此它的测量值是明确的。压缩规只能测出理想气体的分压,而与理想气体的种类无关,它不能测出可凝蒸气的分压。克努曾规只有在假定热适应系数a=1时,其指标值与气体成分无关,才能够测出全压。其它一些常用规型,不能直接测量全压,而是测量与气体压力有关的某个物理量(如热传导、粘滞性、分子密度等),所以指示值与气体种类有关,需要对各种气体分别进行校准。实际系统中的气体氛围是各种气体和蒸气的混合,往往不清楚其组成,所以用这些真空规测量时,不能真实地表示出来被测气体的全压。这时只能用“等效氮压”来表示。在用电离计进行测量时,如果系统中的主要组分是油蒸气,那么所表示的“等效氮压”会比实际压力大10倍左右,如系统中主要是氮气,那么将比实际压力小5倍左右。在用电离计测水银扩散泵和油扩散泵的极限压力时,如两者读数一样,反而说明两泵真正的极限压力并不相同,因为两系统中的残余气体成分是不同的。
管规的指示值是与规壳中的压力有关,但是测量的目的应是,指示出连接导管开口处系统中的压力,所以校准时规的输出值需对应于导管口的压力,并且要求校准条件(温度、气体、连接管长短等)与实际使用时相同,否则需进行修正。由于实际条件往往难以控制和不能精确知道,致使修正十分困难,从而使得测量值不够明确。
因此,真空规测量值能否表征被测系统中的全压(即真空度),必须进行正确的判断和评价,才能获得明确的结果。对测量值的评价可归纳为下列几点:
1、测定值与真空规的安装位置有关;
2、应对管规导管开口处压力进行校准;
3、在不知道气体组分时,如用“等效氮压”来表征,将使测量值不够明确。
在某些情况下,用气体分子密度、分子人射率、方向性压力等来表征真空度,可能比用气体全压的概念更明确。但是在采用新的表征真空度的物理量的同时,要求选择合适的规型和研究新的测量方法和技术。


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