壓縮式真空計(jì)的結(jié)構(gòu)與工作原理
壓縮式真空計(jì)是對(duì)U型管真空計(jì)的重大改進(jìn),它是依據(jù)理想氣體的波義耳定律制成的。由于它首先是由麥克勞提出的,故此種真空計(jì)又稱(chēng)為麥克勞真空計(jì)(簡(jiǎn)稱(chēng)麥?zhǔn)嫌?jì))。
壓縮式真空計(jì)是測(cè)量壓力低于1Pa時(shí)用的絕對(duì)真空計(jì),并且從1874年至今仍作為校準(zhǔn)其他真空計(jì)的主要儀器。
下圖所示為一種工作用壓縮式真空計(jì),它是用硬質(zhì)玻璃吹制而成。由測(cè)量毛細(xì)管3(頂端為封閉端))、比較毛細(xì)管4、玻璃泡2、水銀貯器1、三通閥7、與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接的導(dǎo)管6和刻度尺5等組成。
為減小測(cè)量誤差,測(cè)量毛細(xì)管和比較毛細(xì)管用同一根毛細(xì)管截?cái)嘀瞥,這樣可較好地保持兩者內(nèi)徑的均勻性。為使待測(cè)系統(tǒng)壓力與玻璃泡內(nèi)的壓力一致,導(dǎo)管6要用較粗的玻璃管制成,保證其有足夠的通導(dǎo)能力。
由于壓縮式真空計(jì)是依據(jù)理想氣體的波義耳定律制成的,所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為其前提條件是被測(cè)真空系統(tǒng)內(nèi)的氣體必須是適用波義耳定律的,否則將給測(cè)量帶來(lái)誤差;再者要求在測(cè)量時(shí)真空系統(tǒng)內(nèi)壓力穩(wěn)定。
測(cè)量前將壓縮式真空計(jì)的導(dǎo)管與被測(cè)系統(tǒng)相連接,由于系統(tǒng)內(nèi)壓力各處相等,所以玻璃泡和測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力與待測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的壓力p相等。測(cè)量時(shí)用任一種方法將水銀面提升,當(dāng)水銀面提升到M—M面時(shí)(見(jiàn)下圖),被測(cè)系統(tǒng)與玻璃泡隔斷,玻璃泡以上內(nèi)部壓力與被測(cè)系統(tǒng)內(nèi)壓力p相等。設(shè)M—M以上包括測(cè)量毛細(xì)管和玻璃泡體積之和為V。當(dāng)繼續(xù)提升水銀時(shí),玻璃泡內(nèi)的氣體被壓縮,體積減小,壓力增高。
當(dāng)水銀面停在如圖2 6所示的位置時(shí),測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的氣體體積為 V1,壓力為 p2,而比較毛細(xì)管內(nèi)壓力仍為p。測(cè)量毛細(xì)管和比較毛細(xì)管液面高度差為h=h1-h2,則測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)的壓力p2 =ρgh+p。根據(jù)波義耳定律可得
此式即為壓縮式真空計(jì)的基本方程式。式中d為測(cè)量毛細(xì)管的內(nèi)徑。V和d在吹制壓縮式真空計(jì)時(shí)可測(cè)得為已知數(shù)據(jù),則