1、力學(xué)計量壓力與真空計量技術(shù)第1頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一第八章 壓力與真空計量技術(shù)81 壓力計量的概念82 壓力計量儀器83 壓力計量器具的檢定8-4 動態(tài)壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置及壓力傳感器的檢定85 真空計量的概念86 真空的獲得與檢漏88 真空計量器具的檢定87 真空計量儀器2第2頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究、醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護(hù)以及人民日常生活的各個領(lǐng)域中，凡是利用液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)作為動力、加熱、密封試驗等，都反應(yīng)有“壓力”這個物理量。壓力如同其它的狀態(tài)參數(shù)一樣，是工業(yè)生產(chǎn)過程及自動化過程中極為重

2、要的控制參數(shù)。因此，需要使用各種能顯示壓力的儀器儀表來計量壓力的大小和變化 。3第3頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一8-1 壓力的計量的概念一、壓力的概念壓力又稱壓強(qiáng)，但在工程上都習(xí)慣稱之為壓力。1653年，法國科學(xué)家帕斯卡首先發(fā)現(xiàn)液體壓力規(guī)律，從而有了著名的帕斯卡定律：當(dāng)外力作用在密閉容器的流體上所產(chǎn)生的壓力，垂直作用在密閉容器的內(nèi)表面，并且傳到流體的任何方向，其強(qiáng)度不變。因此壓力的定義：指流體垂直且均勻的作用在物體單位面積上的力。 P=F/A 式中: P 壓力量值（Pa） F 作用力（N） A 單位面積（）4第4頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33

3、分，星期一二、壓力的分類1、大氣壓力：大氣自重所產(chǎn)生的對地球表面的單位面積上的力，也稱氣壓，以P0表示。大氣壓力量值隨海拔高度、地理緯度和氣象情況不同而改變。2、絕對壓力：是以零作為參考點的壓力的差壓，又稱全壓力或總壓力，以Pb表示。3、表壓力(余壓)：即壓力儀器儀表指示的壓力，是以環(huán)境大氣壓為零參考點的壓力，以P表示。習(xí)慣上指高于大氣壓的壓力。5第5頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一4、疏空：即負(fù)表壓，也稱疏空壓力或真空壓力，以Pv表示。習(xí)慣上指低于大氣壓的壓力。5、真空度：低于大氣壓的絕對壓力。 6、差壓：兩個相關(guān)壓力之差。7、靜態(tài)壓力：壓力穩(wěn)定不變或有變化但可以

4、不考慮隨時間變化的壓力。8、動態(tài)壓力：隨時間變化的壓力。6第6頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一三、壓力計量單位1 法定壓力單位為帕斯卡1969年國際計量委員會通過一項決議，以1牛頓每平方米作為壓力單位，1971年第14屆國際計量大會批準(zhǔn)采用，并以法國科學(xué)家的名字命名為帕斯卡（符號Pa），是具有專門名稱的導(dǎo)出單位。帕斯卡，是我國法定壓力計量單位，也是國際單位制（SI）壓力單位，其物理意義是：1牛頓的力垂直作用在1平方米的面積上的分布力，所以1Pa=1N/1或1Pa=1kg/ms2。7第7頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一根據(jù)國務(wù)院規(guī)定，從19

5、91年月日起全國一律執(zhí)行法定計量單位，非國家法定計量單位應(yīng)當(dāng)廢除。但考慮到醫(yī)生的使用習(xí)慣，國家有關(guān)部門決定生產(chǎn)雙刻度（a和mmHg）標(biāo)尺的新型血壓計，即在1991年后，mmHg仍然允許存在；另外我國實行開放、搞活的經(jīng)濟(jì)政策，在國際貿(mào)易中要擴(kuò)大貿(mào)易范圍，而世界各國推行國際單位制的進(jìn)度快慢不一，進(jìn)出口貿(mào)易中可能存在舊制單位，以上是可能存在的問題，不是主流，不影響法定計量單位的貫徹執(zhí)行和廢除非法定計量單位。但隨著中國加入世貿(mào)組織后，這種現(xiàn)象將逐步消失。2 非法定壓力單位8第8頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一幾種主要的壓力單位：（）公斤力厘米（kgf/cm2）：它的定義是公

6、斤力垂直作用在平方厘米的單位面積上所產(chǎn)生的壓力，公斤力厘米與工程大氣壓（符號at）是相等的兩個壓力單位。（）毫米水柱（mmH2O）：它的定義是當(dāng)純水溫度值為4 ，密度值為1g/cm3, 重力加速度為980.665 cm/s2的條件下，水柱高度（mm）所表示的壓力量值。9第9頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一（）毫米汞柱（mmHg）：它的定義是汞在0時密度為13.5951g/cm3,重力加速度為980.665cm/s2的條件下，汞柱高度（mm）所表示的壓力。（）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（符號atm），又稱物理大氣壓，1954年第十屆國際計量大會定義為1atm=1013250達(dá)因/厘米

7、2，1atm=101325Pa。（）托（符號Torr），是以一物理大氣壓的1/760所表示的壓力 。1Torr=101325/760=133.3224Pa。（）巴（bar）:是以百萬微巴表示的壓力量值。即1bar=1106byn/cm2=1106Pa，在氣象工作中常用毫巴（mbar）為壓力單位。10第10頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一8-2 壓力計量儀器由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研和計量部門使用的壓力計量儀器儀表品種繁多，測量范圍廣泛，又由于儀表使用環(huán)境條件及要求的多樣性，所以壓力計量儀器儀表分類的方法也多種多樣。一般情況下，可以根據(jù)儀表的工作原理、準(zhǔn)確度等級、測量

8、范圍和顯示方法來分類。 壓力計量儀器儀表的分類11第11頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一按工作原理：液柱式、彈性式、活塞式及電測式等按被測壓力種類：余壓計、絕對壓力計、氣壓計和差壓計等；按被測壓力范圍：微壓（5kPa以下），低壓（54105kPa），中壓（0.410MPa），高壓（10600MPa）和超高壓（600MPa以上）12第12頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一一、液體式壓力計液體式壓力計又稱液柱式壓力計，它是基于流體靜力學(xué)原理，利用液柱自重產(chǎn)生的壓力去平衡未知壓力的方法來測量壓力的儀表。常用的液體壓力計有：U形壓力計（雙管）單管（

9、杯形）壓力計傾斜式微壓計補(bǔ)償式微壓計水銀氣壓計鐘罩式壓力計。13第13頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一1 U型管壓力計假設(shè)被測的介質(zhì)為氣體，可忽略被測介質(zhì)的高度形成的靜壓值。根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得：U型管內(nèi)徑一般為5-20mm，為了減少毛細(xì)現(xiàn)象管子內(nèi)徑一般不少于10mm。P2P1U型管h1h2014第14頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一2單管式壓力計因為A1、A2為常數(shù)，這樣可通過一次讀數(shù)進(jìn)行壓差測量。當(dāng)A2/A1很小時，h1可忽略，公式簡化為： PdPx直管h1h2當(dāng)精密測量時，h1不可忽略。為了方便讀數(shù)，也可使用特制的專用標(biāo)尺。15第

10、15頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一3 傾斜式微壓計P1P2斜管h1h2L主要用于測量微小的壓力、負(fù)壓和壓差。為了減少讀數(shù)的相對誤差，拉長液柱，將測量管傾斜放置。 放大比：16第16頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一17第17頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一傾斜式微壓計管子的傾斜角通常不小于15度，是為了避免管內(nèi)由于自由表面拉得長而沖散，反而導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。工作介質(zhì)常采用酒精。（？）18第18頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一4 補(bǔ)償式微壓計補(bǔ)償式微壓計可用于處理微壓、差壓和疏空壓力的精

11、密儀器。工作原理？1一容器連接膠管;2一大容器(疏空)接嘴;3一旋轉(zhuǎn)標(biāo)尺;4一 垂直標(biāo)尺;5一小容器(加壓)接嘴;6一三通導(dǎo)壓管;7一連接基準(zhǔn)(或標(biāo)準(zhǔn))器的管口;8一調(diào)壓器;9一讀數(shù)尖頭19第19頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一二 彈性式壓力計1 概述原理：彈性壓力表是利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形制成的測壓儀表特點：結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價低廉、有足夠的精度，可遠(yuǎn)傳常用彈性壓力表：彈簧管式波紋管式膜片（盒）式20第20頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一21第21頁，共102頁，2022年

12、，5月20日，20點33分，星期一2 彈簧管壓力表Px彈簧管壓力表又稱波登管壓力表，由彈簧管，傳動機(jī)構(gòu)，指示機(jī)構(gòu)及表殼組成。22第22頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一假設(shè)被測壓力大于外界大氣壓力，產(chǎn)生短軸變長，長軸變短的彈性形變，使管子在彎曲方向上的剛度增大，自由端向管子伸直的方向運動。管子的位移變動通過傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成中心齒輪軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動指針轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生讀數(shù)。彈簧管是怎樣產(chǎn)生形變的呢？R1R223第23頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一彈簧管在量程范圍內(nèi)自由端的位移一般為7-8o，彈簧管作成多圈時，自由端的位移可達(dá)45o。彈簧管的自由端

13、的位移可通過杠桿機(jī)構(gòu)帶動指針轉(zhuǎn)動，這種機(jī)構(gòu)的指針最大轉(zhuǎn)角為180o，通常作成90度的回轉(zhuǎn)角。最常用的傳動機(jī)構(gòu)為杠桿扇形齒輪機(jī)構(gòu)，可使指針轉(zhuǎn)動270o。彈簧管壓力表的使用范圍非常廣，一般的壓力表、氧氣壓力表都屬于此類。24第24頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一3 波紋管壓力計波紋管：開口端固定，封閉端的位移作為輸出，由于波紋管的位移相對較大，故靈敏度高，常用于測量較低的壓力（1.0-106Pa）精度等級1.5級。25第25頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一4 膜片式壓力計膜片：使用時周邊夾緊，測低壓、微壓。將兩塊膜片沿周邊對焊起來，形成一膜盒

14、，膜盒式微壓計通常用于測量爐膛和煙道尾部負(fù)壓。精度等級為2.5，最高可達(dá)1.5級。PxPxPxPx平薄片波紋片膜盒26第26頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一三 活塞式壓力計活塞式壓力計具有量程寬、準(zhǔn)確度高、使用方便等特點，在科研單位及計量部門有廣泛的應(yīng)用?；钊钊睵F為使活塞恢復(fù)到平衡位置，需要加上質(zhì)量為m的砝碼活塞式壓力計的測量準(zhǔn)確度主要由活塞有效面積的測量不確定度決定27第27頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一根據(jù)測量范圍不同，活塞式壓力計有多種結(jié)構(gòu)形式：帶簡單活塞的壓力計-測量中高壓；帶壓力倍增器的活塞式壓力計-測量超高壓；可控間隙

15、型活塞式壓力計-新型測量超高壓；單或是壓力真空計-測量壓力和疏空帶平衡液柱活塞式壓力計-測量范圍寬，可以從零開始出來壓力；雙活塞式壓力真空計-可以從零開始測量；浮球式壓力計-靈敏度高，常用作標(biāo)準(zhǔn)壓力計28第28頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一四 電測式壓力計-壓力傳感器液體式、彈性式及活塞式壓力計屬于靜態(tài)壓力測試儀器。電測式壓力計可以適用于動態(tài)測量電測式壓力計通常由壓力變換器、測量電路和顯示、記錄或打印三部分構(gòu)成。根據(jù)傳感器的原理不同可以分為：電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、振弦式等多種。29第29頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一原理

16、：電阻的尺寸例如電阻的長度、橫截面積發(fā)生變化將引起電阻的變化。電阻的電阻率發(fā)生變化也將引起電阻阻值的變化。分類：應(yīng)變片：受壓時，電阻的尺寸L、S發(fā)生變化，引起電阻的變化。半導(dǎo)體擴(kuò)散硅：在壓力的作用下，電阻率發(fā)生變化。通常半導(dǎo)體擴(kuò)散硅電阻變化的靈敏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)變片，大約為100倍。1電阻應(yīng)變式壓力傳感器30第30頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一31第31頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一電阻分布及測量橋路注意：供給橋路的電流要恒定，即為一恒流源。輸出電壓為10-100多毫伏，后續(xù)一般要加電壓放大電路。優(yōu)點：溫度補(bǔ)償，使輸出信號加倍。32第3

17、2頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一電感式壓力傳感器（磁阻式壓力傳感器）的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)在壓力作用下使銜鐵位移，使線圈的電感發(fā)生變化而工作(1)工作原理根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可以分為變間隙式和螺管式兩種2 電感式壓力傳感器33第33頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一變間隙式變間隙式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料制成。34第34頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一螺管式電感壓力傳感器在變間隙式傳感器的線圈中心插入鐵芯，就成了螺管式電感壓力傳感器。線圈鐵芯P35第35頁，共102頁，2022年，

18、5月20日，20點33分，星期一差動電感傳感器a 變間隙式差動變壓器36第36頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一b 螺線管式差動變壓器37第37頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一a 帶相敏整流的交流電橋 當(dāng)銜鐵上移：D點電位高于C點電位當(dāng)銜鐵下移：C點電位高于D點電位 （2） 電感式傳感器的測量電橋38第38頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一b 緊耦合電感比例臂電橋當(dāng)傳感器工作：1，3兩點的輸出電壓：39第39頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一3 電容式壓力傳感器電容式傳感器是把被測量的變化

19、轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。電容式壓力傳感器一般由彈性體和可變電容組成，工作原理與電容式力值傳感器相似。電容式傳感器不但廣泛用于位移、振動、角度、加速度等機(jī)械量的精密測量，而且還逐步地擴(kuò)大到用于壓力、差壓、液位、物位或成份含量等方面的測量。40第40頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一電容傳感器的基本理想公式：電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，A：兩平行板所覆蓋的面積；d：兩平行板之間的距離。平板：2、圓筒：l：圓筒長度；r、R：內(nèi)、外圓筒半徑。定片定片動片動片（1）工作原理41第41頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一改變A、d、三個參量中的任意一個

20、量，均可使平板電容的電容量C 改變。固定三個參量中的兩個，可以做成三種類型的電容傳感器變間隙型變面積型變介電常數(shù)型d A 42第42頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一（2）差動式電容壓力傳感器在實際應(yīng)用中，為了提高靈敏度， 減小非線性誤差，大都采用差動式結(jié)構(gòu)。P2P1膜片固定極板43第43頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一（3）測量電路用于電容式傳感器的測量電路很多,常見的電路有：普通交流電橋、脈沖調(diào)制電路、調(diào)頻電路、緊耦合電感臂電橋、變壓器電橋、雙T電橋電路、運算放大器測量電路。 電容C、C0和阻抗Z、Z組成的普通交流電橋測量電路C：電容傳

21、感器的電容Z：等效配接阻抗C0、Z：固定電容、固定阻抗44第44頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一4 振弦式壓力傳感器弦膜片P45第45頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一5 數(shù)字式壓力計46第46頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一8-3 壓力計量器具的檢定一 檢定系統(tǒng)1 壓力計量基準(zhǔn)器具中高壓檢定系統(tǒng)中的計量基準(zhǔn)器具包括國家壓力基準(zhǔn)和壓力工作基準(zhǔn)國家壓力基準(zhǔn)：用于復(fù)現(xiàn)和保存壓力，由五臺不同量程的基準(zhǔn)活塞壓力計組成。壓力工作基準(zhǔn)：四臺不同量程的活塞壓力計，其中低量程的一臺是帶有平衡裝置的活塞壓力計。微壓檢定系統(tǒng)中的計量

22、基準(zhǔn)器具僅有國家壓力基準(zhǔn)，它是一種補(bǔ)償式液體壓力計。47第47頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一中高壓檢定系統(tǒng)中的計量標(biāo)準(zhǔn)器具包括一等、二等和三等標(biāo)準(zhǔn)壓力計。其中有活塞式、雙活塞式、浮球式、液體式、彈性式及電測式等微壓檢定系統(tǒng)中的計量標(biāo)準(zhǔn)器具也包括一等、二等和三等標(biāo)準(zhǔn)壓力計，其中有補(bǔ)償式、鐘罩式、數(shù)字式、彈性式及電子式等2 壓力計量標(biāo)準(zhǔn)器具48第48頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一中高壓檢定系統(tǒng)中的計量工作器具包括彈性式壓力計、液體式壓力計和壓力傳感器微壓檢定系統(tǒng)中的計量工作器具是指傾斜式微壓計、彈性式微壓計、數(shù)字式微壓計、微壓傳感器和差壓

23、計等。3 壓力工作計量器具49第49頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一1 壓力國家基準(zhǔn)的檢定部件檢定法檢定國家壓力基準(zhǔn)流體靜力平衡法檢定國家工作基準(zhǔn)活塞壓力計二 檢定50第50頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一2 標(biāo)準(zhǔn)壓力計和工作壓力計的檢定（1）液體式壓力計的檢定密封性的檢定；零位誤差檢查；壓力示值檢定；（2）彈性式壓力計的檢定零點檢查；壓力示值檢定；51第51頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一（3）活塞壓力計的檢定壓力校驗器密封性檢查；稱重盤屏幕對活塞中心垂直型的檢查；活塞轉(zhuǎn)動延續(xù)時間的測定活塞下降速度的測定活塞

24、有效面積的測定靈敏限的測定專用砝碼、活塞及其連接零件質(zhì)量的檢定52第52頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一8-4 動態(tài)壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置及其壓力傳感器的檢定靜態(tài)壓力：壓力隨時間不變化或者緩慢變化動態(tài)壓力：壓力隨時間變化用于動態(tài)測試的壓力傳感器是在動態(tài)壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行動態(tài)檢定的。根據(jù)產(chǎn)生的壓力波形的不同，動態(tài)壓力裝置主要有正弦壓力發(fā)生器和瞬態(tài)壓力發(fā)生器兩種。53第53頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一一、 正弦壓力發(fā)生器按工作原理分為：諧振腔式、非諧振腔式、喇叭式正弦式壓力發(fā)生器適合于中低頻、小壓力的壓力傳感器檢定。1 諧振腔式壓力發(fā)生器54第54

25、頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一2 非諧振腔式壓力發(fā)生器3 喇叭式壓力發(fā)生器55第55頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一二、 瞬態(tài)壓力發(fā)生器瞬態(tài)壓力發(fā)生器根據(jù)產(chǎn)生壓力波形的不同，有產(chǎn)生階躍壓力波的激波管、快開閥式壓力發(fā)生器、以及產(chǎn)生鐘形脈沖壓力波的落錘式壓力發(fā)生器。瞬態(tài)壓力發(fā)生器的應(yīng)用比正弦壓力發(fā)生器廣泛，其中激波管宜用于高頻傳感器的檢定，快速閥門壓力發(fā)生器宜用于較低頻高壓傳感器的動態(tài)檢定56第56頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一1 快開閥式壓力發(fā)生器小容器通過快開閥們與大容器相接。大容器內(nèi)部壓力與小容器壓力的高

26、低決定了閥門打開后小容器壓力的階躍方向。2 落錘式壓力發(fā)生器57第57頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一三 壓力傳感器的動態(tài)檢定動態(tài)檢定的目的：產(chǎn)生滿意的周期或階躍壓力，并能可靠地確定其真實壓力-時間關(guān)系。動態(tài)技術(shù)指標(biāo)分為時域和頻域兩種。時域指標(biāo)包括：上升時間tr，阻尼比，自振頻率、過沖量x及靈敏度s等。頻域指標(biāo)有幅頻特性A(w), 相頻特性f(w), 和共振頻率w0檢定頻域指標(biāo)，可以在正弦壓力發(fā)生器上用正弦壓力激勵，所得頻域特性經(jīng)傅里葉變換可得時域特性。58第58頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一8-5 真空計量的概念一 真空的概念真空是指

27、一個系統(tǒng)的壓力低于標(biāo)準(zhǔn)壓力的氣態(tài)空間，它可用“真空度”進(jìn)行定量表示。二 真空區(qū)域的劃分低真空： 105102Pa 中真空：10210-1Pa高真空： 10-110-5Pa超真空： 10-510-10Pa極高真空：10-10Pa59第59頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一三 真空度的計量單位法定計量單位： 帕，Pa非法定計量單位：托，Torr在真空計量中，通常用負(fù)指數(shù)表示小于0.1Pa的情況0.1Pa= 10-1 Pa0.002Pa=210-2 Pa0.000 03Pa=310-5Pa60第60頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一四 理想氣體的狀

28、態(tài)方程理想氣體：氣體分子是彈性質(zhì)點，發(fā)生碰撞時不損失能量；分之間不存在應(yīng)力和斥力，其重力可忽略；氣體分之間的體積比分子活動的空間小得多，因此，分子大小可以忽略對于容器內(nèi)的理想氣體，在平衡態(tài)下，其壓強(qiáng)、體積和溫度滿足以下關(guān)系理想氣體狀態(tài)方程或者克拉伯龍方程61第61頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一由理想氣體狀態(tài)方程可導(dǎo)出不同條件下的三個氣體定律玻義耳-馬略特定律：蓋.呂薩克定律查理定律62第62頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一理想氣體混合物中某一組分B的分壓 pB 等于該組分單獨存在于混合氣體的T、V時產(chǎn)生的壓力。而理想氣體混合物的總壓等于

29、各組分單獨存在于混合氣體的T、V時產(chǎn)生的壓力總和。道爾頓分壓定律 P=P1+P2+P3+Pn63第63頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一8-6 真空的獲得與檢漏一 真空的獲得為了獲得真空，必須利用設(shè)備將容器中的氣體分子抽掉。通常把用來獲得真空狀態(tài)的設(shè)備總稱為真空泵。為得到不同范圍的真空度，用多種不同形式的真空泵。64第64頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一1 機(jī)械泵可以作為獲得低真空的獨立設(shè)備，也可以作為高真空泵的前級泵。工作過程：氣體從入口進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子之間偏軸轉(zhuǎn)子壓縮空氣并輸送到出口氣體在出口累積到一定壓強(qiáng)，噴出到大氣工作范圍及特點：大氣

30、壓10-3 torr耐用，便宜油潤滑，污染機(jī)械振動65第65頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一2 擴(kuò)散泵工作原理擴(kuò)散泵油被外電爐加熱產(chǎn)生油蒸氣油蒸氣沿蒸氣導(dǎo)管上升到管頂油蒸氣經(jīng)傘形噴嘴向下噴出產(chǎn)生射流氣體分子與射流中油分子碰撞發(fā)生動量交換氣體分子與射流一起向下運動油蒸氣與水冷的泵壁相遇而冷卻回流氣體分子則被帶到排氣口附近被抽走油擴(kuò)散泵一般能抽到10-110-5Pa優(yōu)點耐用成本低，抽速快 無震動和聲音缺點油污染66第66頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一原理：氣體分子被高速轉(zhuǎn)動的渦輪片撞擊，向出口運動；多級速度：30,000-60,000 rp

31、m；轉(zhuǎn)子的切向速度與分子運動速率相當(dāng)；Atmosphere to 10-10 Torr是最常見的 HV/UHV泵3 分子泵67第67頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一優(yōu)點基本沒有油的污染啟動和關(guān)閉很快缺點 噪聲大，有振動。電磁污染。比較昂貴68第68頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一4 鈦泵原理：加熱Ti絲使其蒸發(fā)到冷壁.Ti原子與氣體反應(yīng).優(yōu)點及缺點：工作范圍 10-8-10-11 Torr便宜，可靠，無噪音，無振動，無斷電問題需要再生，很難排除惰性氣體和甲烷鈦泵需要110-2 的預(yù)備真空才能啟用，常與擴(kuò)散泵、分子泵聯(lián)合使用。69第69頁，

32、共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一4 鈦泵鈦泵利用活性金屬鈦對氣體有強(qiáng)烈的吸附作用的原理制成的。為了使得鈦表面能持續(xù)吸附氣體分子，必須不斷更新其吸氣表面。鈦泵就是靠連續(xù)或斷續(xù)地蒸發(fā)鈦來達(dá)到不斷更新金屬表面的目的。鈦泵需要110-2 的預(yù)備真空才能啟用，常與擴(kuò)散泵、分子泵聯(lián)合使用。70第70頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一二 真空檢漏PtP0abcda 容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，系統(tǒng)既不放氣，也不漏氣；b 壓強(qiáng)開始上升較快，后逐漸減慢后趨于平衡，系統(tǒng)無漏氣而存在放氣c 壓強(qiáng)隨時間直線上升，系統(tǒng)存在漏氣d 壓強(qiáng)上升較快，然后逐漸減慢，最后變成直線上升，系統(tǒng)同

33、時存在漏氣和放氣漏空通常很小，為了判斷漏空位置，通常的檢測方法有：高頻火花檢漏儀法，真空計法，氦質(zhì)譜探漏儀法71第71頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一1. 高頻火花檢漏法高頻火花檢漏器是高頻高壓對地放電器件，可以用于真空檢漏。(1)工作原理與結(jié)構(gòu)圖示一種電容，電感串聯(lián)諧振式高頻火花檢漏器的原理圖。接通K，當(dāng)接觸器CD閉合時，電流流經(jīng)L1、CD，電流很大，L1產(chǎn)生足夠大的電磁力吸引CD斷開，于是形成L1、C、L2的回路。由于阻抗增加，電流減小導(dǎo)致電磁力下降。從而使CD重新閉合。如此反復(fù)，在L2上施加高頻脈沖電壓，因此高壓線圈L3便感應(yīng)出高頻高壓脈沖電壓。而L3的一端對

34、地放電產(chǎn)生高頻火花擊穿現(xiàn)象。這就是高頻火花檢漏器的工作原理。72第72頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一將高頻火花檢漏器的放電簧F沿著已抽空的玻璃系統(tǒng)外表面慢慢移動，沒有漏孔時放電火花束呈雜亂分散狀態(tài)，當(dāng)遇到漏孔時火花束集中成一條細(xì)束，且指向系統(tǒng)上亮點(漏孔內(nèi)空氣電離率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃的結(jié)果)，該亮點就是漏孔的位置。(3)金屬真空系統(tǒng)的檢漏各種氣體和蒸汽的輝光放電顏色如表。選用表中示漏物質(zhì)施加在金屬真空系統(tǒng)的可疑處，用高頻火花檢漏器激發(fā)系統(tǒng)上玻璃質(zhì)規(guī)管或盲管內(nèi)的氣體，使之放電，觀察放電顏色的變化便可實現(xiàn)檢漏。這種方法的工作壓力為510-1102Pa，檢漏靈敏度為10-3P

35、am3s。 (2)玻璃真空系統(tǒng)的檢漏73第73頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一表3各種氣體和蒸汽的輝光放電顏色氣體放電顏色蒸氣放電顏色空氣玫瑰紅水銀藍(lán)綠氮氣金紅水天藍(lán)氧氣淡黃真空油脂淡藍(lán)（有熒光）氫氣淺紅酒精淡藍(lán)二氧化碳白藍(lán)乙醚淡藍(lán)灰氦氣紫紅丙酮藍(lán)氖氣鮮紅苯藍(lán)氬氣深紅甲醇藍(lán)74第74頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一2. 真空計檢漏法真空計檢漏法利用示漏氣體或蒸氣噴射涂覆可疑之處，遇到漏孔，示漏氣體就會通過漏孔進(jìn)入到真空設(shè)備內(nèi)，使真空計的指示產(chǎn)生突然的變化，這就指示了漏孔的位置。熱傳導(dǎo)真空計：1010-1Pa電離真空計: 510-2Pa示漏

36、氣體：H2,CO2,丁烷，丙酮，乙醚，酒精75第75頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一3 氦質(zhì)譜儀檢漏法氦質(zhì)譜檢漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用于檢漏的儀器，它具有性能穩(wěn)定、靈敏度高的特點。是真空檢漏技術(shù)中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。 氦質(zhì)譜檢漏儀通過測量探漏儀中氦氣分子的壓強(qiáng)變化情況，來實現(xiàn)檢漏目的。目前使用最多的檢漏方法為噴吹法。76第76頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一優(yōu)點：靈敏度高；缺點：儀器復(fù)雜。77第77頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一8-7 真空計量儀器-真空計按測量方式：絕對真空計相對真空計按

37、測量范圍：低真空計中真空計高真空計超高真空計極高真空計78第78頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一一 低真空計低真空度測量常用彈簧管式真空表和U型管真空計1 彈簧管式真空表原理結(jié)構(gòu)與壓力表相同，刻度標(biāo)識不同。結(jié)構(gòu)簡單，測量準(zhǔn)確度高，用于1atm103Pa的低真空79第79頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一2 U型管真空計U型管真空計與壓力計結(jié)構(gòu)相同，比較簡單。通常是用玻璃管制成，其工作液體有多種，通常為水銀和油。管的一端與待測壓力的真空容器相連，另一端是封死的或開口與大氣相通，以U型管兩端的液面差來指示真空度。它是一種絕對真空計。水銀U型管真

38、空計的測量范圍為10-55102Pa。油型管真空計的測量下限可達(dá)40Pa。80第80頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一開式U型管真空計：將U型管內(nèi)充入適量的工作液(如水銀)，一端開口接大氣(即環(huán)境大氣壓p0)，另一端與被測真空系統(tǒng)相連接(待測壓力p) (1) 開式U型管真空計81第81頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一把管內(nèi)預(yù)先抽至壓力為10-1Pa以下，關(guān)閉閥門。然后將工作液(如水銀)注入管內(nèi)，其開口端與待測真空系統(tǒng)相連接。兩端液面處于液面靜壓力平衡時，則待測壓力值可用下式求得(忽略封閉端內(nèi)壓力對液面的影響)： (2) 閉式U型管真空計82

39、第82頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一二 中真空計中真空度測量常用熱導(dǎo)式真空計和電容式薄膜真空計1 熱導(dǎo)式真空計原理：根據(jù)氣體分子的熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)有關(guān)。IQLQC抽真空QRQCQR+QL10-1104P (Pa)Q(J s)熱量損失與氣體壓強(qiáng)的關(guān)系83第83頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一根據(jù)上述原理，只要測得熱絲的熱量損失，便可知管內(nèi)氣體的真空度。熱絲的熱量損失與溫度有關(guān)，因此，熱導(dǎo)式真空計關(guān)鍵是測量熱絲的溫度。根據(jù)測溫方法的不同，分為膨脹式真空計、電阻真空計和熱偶真空計。其中熱偶式真空計使用最多，膨脹式真空計因測量誤差大和使用不變很少使

40、用。84第84頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一（1）電阻真空計原理：利用熱絲電阻隨溫度變化的性質(zhì)，也稱皮喇式真空計。主要由電阻規(guī)管和測量電路組成。測量電路可采用定壓式、定流式或定溫式等幾種。定壓式和定流式雖然結(jié)構(gòu)簡單，但測量范圍窄，故常采用定溫式。定溫式電路維持熱絲的加熱溫度不變，通過測量熱絲的輸出電壓來確定溫度。85第85頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一定溫式測量電路原理圖86第86頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一（2）熱偶真空計原理：利用熱電偶來測定真空度。應(yīng)用非常廣泛。測量范圍一般為10210-1Pa87

41、第87頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一（2）電容薄膜真空計原理：利用彈性薄膜在壓力差作用下產(chǎn)生形變，從而引起電容變化的原理制成的。優(yōu)點：測量結(jié)果為全壓強(qiáng)，反應(yīng)時間快，線性好，便于遠(yuǎn)距離測量，耐大氣沖擊，耐腐蝕耐烘烤等；缺點：受環(huán)境溫度影響嚴(yán)重，零點漂移測量范圍：10510-1Pa88第88頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一三 高真空計測量高真空度的主要儀表是電離式真空計，利用氣體分子的電離原理制成。根據(jù)氣體電離源的不同，可以分為熱陰極電力真空計（簡稱熱規(guī)）、冷陰極電離真空計（冷規(guī)）和放射線電離真空計。I：收集級形成的離子流；Ie：加速級吸收

42、電子形成的電子流也稱發(fā)射電流；S：規(guī)管常數(shù)，其值與規(guī)管各電極的相對位置和電位，以及被測氣體的種類等因素相關(guān)。1 熱陰極電離真空計熱規(guī)特征方程熱規(guī)的測量范圍一般為10-110-5Pa，高壓強(qiáng)式10210-4Pa89第89頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一1 收集級 2 陰極 3 加速級熱陰極電離真空計電路結(jié)構(gòu)90第90頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一2 冷陰極電離真空計原理與熱陰極典禮真空計相同，不同點是沒有陰極加熱，但電場外增加了磁場。需要注意的是冷規(guī)放電電路與氣壓之間并非簡單的線性關(guān)系，因此必須要校準(zhǔn)定度。冷陰極電離真空計的測量范圍一般為110-5Pa91第91頁，共102頁，2022年，5月20日，20點33分，星期一四 超高真空計超高真空計的測量，一般采用B-A超高電離真空計。當(dāng)規(guī)管內(nèi)壓強(qiáng)很低時，收集級接收到的離子流很小，而光電流卻顯得大，離子流不再隨氣壓壓強(qiáng)的降低而減弱，在超過10-5Pa時，普通的電離規(guī)管無法測量真空度。B-A超高電離真空計對普