磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)的結(jié)構(gòu)及工作原理
磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)屬于衰減型黏滯性真空計(jì),是基于磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的衰減與其周圍氣體分子所產(chǎn)生的外摩擦有關(guān)的原理制成的。依據(jù)轉(zhuǎn)子懸浮方式的不同,磁懸浮真空計(jì)可分為非對稱型和對稱型兩種型式。前者利用作用在轉(zhuǎn)子上的螺旋線圈的磁力與轉(zhuǎn)子自重之間的平衡,使轉(zhuǎn)子懸浮在預(yù)定的高度;后者利用永久磁鐵的強(qiáng)磁力懸浮轉(zhuǎn)子,完全可以忽略轉(zhuǎn)子自重。對稱型結(jié)構(gòu)已被西歐各國推薦為計(jì)量部門互校用傳遞副標(biāo)準(zhǔn)。下面僅就非對稱型結(jié)構(gòu)介紹磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)的工作原理。
非對稱型磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。除了用于磁懸浮轉(zhuǎn)子的螺旋線圈2外,在真空室下邊還設(shè)置一敏感線圈5,通過伺服電路控制螺旋線圈2的電流,使轉(zhuǎn)子懸浮在預(yù)定高度。在真空室兩側(cè)的一對驅(qū)動(dòng)線圈3產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以每秒200~400轉(zhuǎn)的速度自轉(zhuǎn)。雖然轉(zhuǎn)子在給定的垂直位置會(huì)自動(dòng)地趨向磁場最強(qiáng)處(一般在垂直對稱軸上),但若受外界擾動(dòng),轉(zhuǎn)子將圍繞軸作水平振動(dòng)。圖中緊鄰真空室下方的阻尼鋼針6可使這種振動(dòng)衰減。
圖 非對稱型磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)
這種真空計(jì)是基于氣體分子對自由旋轉(zhuǎn)鋼球的減速作用而工作的。當(dāng)鋼球被驅(qū)動(dòng)線圈的磁場從靜止加速到每秒400轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速之后,停止驅(qū)動(dòng)場,由于氣體分子摩擦的積分作用引起鋼球自轉(zhuǎn)速度衰減,其轉(zhuǎn)速衰減與氣體壓力p有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。
假如磁支撐及外界因素產(chǎn)生的摩擦與氣體摩擦相比較可以忽略的話,在真空室內(nèi)氣體分子的平均自由程大于轉(zhuǎn)子的特征尺寸時(shí),可以導(dǎo)出氣體壓力p為
由于入射氣體分子到達(dá)轉(zhuǎn)子表面之后,要在表面上停留一定時(shí)間,離開表面時(shí)分子已失去了方向記憶性而遵守余弦定律,因此,vT′≈0,σ ≈1。測試表明,對于各種惰性氣體(He、Ne、Ar、Kr,Xe)和活性氣體(H2、O2、CO、CO2、CH4),σ值均為1.03左右,真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)覺得可以認(rèn)為 σ與氣體成分無關(guān)。
由公式3 -6可知,只要測得不同時(shí)刻的轉(zhuǎn)速ω,就能計(jì)算出壓力p。近年來采用小型感應(yīng)線圈檢測轉(zhuǎn)速ω,通過微處理機(jī)直接處理和顯示p值。