溫度差對規管測量影響

2008-10-29 鬼馬 真空技術培訓講座

    真空室有時具有冷壁、冷阱或熱源，這樣會使規管處于室溫，而真空室空間溫度處于低溫或高溫下；或者當真空規管在校正與測量時的溫度不一樣，以上兩種情況下，都會造成誤差。而且這種影響與壓力的高低有關。
    (1)壓力較高(p＞130 Pa，λ<<d)情況下
    嚴格地講，當壓力較高時，只要兩個相連容器處于平衡狀態，則無論其兩者的溫度是否相等，其壓力應該是相等的。如圖5，根據氣體壓力公式P=nkT，有n1kT1=n2kT2  ,如T1≠T2,n1≠n2則有
(1)
即在高壓力情況下，處于平衡狀態下的真空系統內存在溫度不均勻時，其分子密度與絕對溫度成反比。
以上情況對于直接測量壓力的真空儀表(如U型計、壓縮式真空計、薄膜式真空計)是沒有影響的，但對于根據氣體分子密度的大小來測量真空度的真空儀表(如高壓力電離真空計)就會產生誤差。如果這些真空儀表在校準和測量時溫度不一樣的話，其測量結果將用下式修正
(2)
 
式中P1——溫度為T1時的校準壓力值
    P2——溫度為T2時的校準壓力值
   由于T1和T2都為絕對溫度，如T1與T2均在常溫條件，即使T1≠T2，其影響是不太大的，因此，只有在作精密測量時，才需要用式(2)進行修正。
圖5 溫度對測量影響的示意圖
 
(2)低壓力(λ>>d)情況下
    當容器處在低壓力情況下，其余情況仍如圖5相同，這時就存在著熱流逸現象。因為這時氣體分子的運動狀態處于分子態，處于平衡狀態下的兩個相連容器，在單位時間內氣體分子從容器1進入容器2的分子數和從容器2進入容器1的分子數分別為此處分別為氣體分子相應于溫度T1和T2時的平均速度，A為連接兩容器管道的截面積。從容器1到容器2的凈分子數為
因為,上式可寫成
(3)
由于處于平衡狀態，N=0，上式可簡化為
 
   式(4)說明，在氣體處于分子態時，真空系統即使處于平衡狀態，如系統內部存在溫度不均勻時，也將引起壓力和密度的不同，這就是熱流逸現象。因此，在高真空儀表的校準時要盡量使真空校準系統和真空計處于相同的溫度。
    這種情況對于根據直接測量壓力的真空儀表可按式(4)進行修正。對于根據氣體分子密度測量真空度的電離真空計可按下式進行修正
(5)
 
式中T1、T2——分別為校準時真空規管和校準系統的溫度
   T'1、T'2——分別為測量時真空規管和被測真空系統的溫度
    P1、P2——分別為真空規管在測量時和校準時的壓力讀數值
    真空規管測得的壓力P與真空室中實際達到的壓力Ps也可用如下近似關系表示
(6)
式中T1——測量時真空室空間溫度
    T2——測量時規管周圍環境溫度