用來表達(dá)氦泄漏率的單位
提問:
為什么用mbar · l/s 這個(gè)奇怪的單位來量化泄漏率?對此有沒有解釋?
回答:
對于液體,直接說明液體的體積足以描述液體的量。舉個(gè)例子,如果說水龍頭滴水,那么在給定時(shí)間內(nèi)水龍頭滴出的水量僅僅用 l/h(升/小時(shí))表示就可以了。然而,與液體不同的是氣體是可以壓縮和解壓縮的。假設(shè)溫度是保持不變的,那么氣體的量可以表達(dá)為壓強(qiáng)與體積的乘積。目前在討論的單位“mbar ·l”就是告訴我們在“s”這個(gè)時(shí)間內(nèi)氣體的流失量。
背景:
“速率”所表達(dá)的概念就是“每單位時(shí)間內(nèi)”。 所以,出生率就是在告訴我們每年有多少孩子出生。而新車的還款率指的就是每個(gè)月要為這輛車付多少錢。因此,泄漏率就是在告訴我們每單位時(shí)間內(nèi)有多少氣體從漏洞流失。
讓我們再舉個(gè)例子,如果容器內(nèi)有一升氣體,且當(dāng)前壓力為 10 bars。如果這些氣體通過容器壁上的一個(gè)漏洞向外泄漏,那么在正常大氣壓下(即 1 bar 的絕對壓力),漏出氣體的體積就會是十升。理想的氣體定律是這樣規(guī)定的:當(dāng)氣體從一種狀(內(nèi)部,10 bar · 1 l = 10 bar · l =10,000 mbar · l)轉(zhuǎn)為另外一種狀態(tài)(外部,1 bar · 10 l = 10 bar · l = 10,000mbar · l)時(shí),壓力和體積的乘積保持不變。如果將這一過程所花費(fèi)的時(shí)間考慮在內(nèi),那么這就變成了“速率”,且在歐洲使用的這個(gè)單位就是 mbar · l/s。
可考慮的另一個(gè)泄漏率是 1·10-4 mbar ·l/s 的速率,一般被稱作“水密”, 這相當(dāng)于直徑小于 0.5 毫米/秒的細(xì)小鹽粒大小的氣體體積。
描述微小泄漏率的最好方式是把它想象成已知體積的氣體從一個(gè)已知物體中泄漏所花費(fèi)的時(shí)間。例如,像 1 · 10-11 mbar · l/s 這么小的泄漏率可以使用普發(fā)真空的氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行測量。以這一速率,在大氣壓下,形成體積為1 cm3 的氣泡要花費(fèi) 3,170年 的時(shí)間。
“毫巴”、“升”和“秒”這幾個(gè)單位使用非常普遍且非常容易描述,只有“秒”這個(gè)時(shí)間單位是在國際單位制七個(gè)基本單位之一(國際單位制, 符號:SI)。這七個(gè)基本單位分別是:
在真空技術(shù)中,最重要的物理量就是壓力。這一單位可源自國際制單位。從定義上來講,壓力與每單位面積(單位平方米)承受的力(單位牛頓 = m*kg/s2)是一樣的。因此,壓力所產(chǎn)生的單位就是牛頓/平方米 (N/m²),另外它還以帕斯卡的名字命名。100 帕斯卡相當(dāng)于 1 毫巴。為了讓我們在工作時(shí)使用較為熟悉的數(shù)值,單位帕斯卡前往往加一個(gè)前綴“hecto”意思是100,F(xiàn)在,壓力的單位可用 mbar 和 hPa 表示相同的數(shù)值。
“升”也不是國際制單位。如果用國際制單位來表示泄漏率,我們需要用 Pa m3.s-1 來表示。這個(gè)單位是在日本確立的,當(dāng)時(shí)的歐洲和其他一些說英語的國家正處于一個(gè)過渡期。對于泄漏率的表達(dá)也是一樣,根據(jù) DIN EN 1330-8的規(guī)定,將其稱為“泄漏”率。
為了讓您更容易理解,我們制作了兩個(gè)小表格來表示壓力、泄漏率以及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。