真空測(cè)量及真空度表征和單位
1、什么是真空測(cè)量
真空測(cè)量就是真空度的測(cè)量，而真空度是指低于大氣壓力的氣體稀薄程度。以壓力表示真空度是由于歷史上沿用下來(lái)的，并不十分合理。壓力高意味著真空度低;反之，壓力低與真空度高相對(duì)應(yīng)。
真空測(cè)量包括全壓力測(cè)量、分壓力測(cè)量和真空計(jì)校準(zhǔn)三個(gè)部分。
用以探測(cè)低壓空間稀薄氣體壓力所用的儀器稱為真空計(jì)。本文所述壓力的測(cè)量是指比大氣壓力小得多的氣體壓力測(cè)量。
壓力是一個(gè)力學(xué)量，為單位面積所承受的力。大氣壓力為101325Pa，直接測(cè)量這樣大的壓力是容易的，但在真空技術(shù)中，測(cè)量這樣大的壓力是比較少的。真空技術(shù)中遇到的氣體壓力都很低，如有時(shí)要測(cè)lO-10pa的壓力，這樣極小的壓力用直接測(cè)量單位面積所承受的力是不可能的。因此，測(cè)量真空度的辦法通常是在氣體中造成一定的物理現(xiàn)象，然后測(cè)量這個(gè)過(guò)程中與氣體壓力有關(guān)的某些物理量，再設(shè)法間接確定出真實(shí)壓力來(lái)。
真空計(jì)種類繁多，工作原理各異，除極少數(shù)幾種是直接測(cè)量壓力外，其它幾乎都是間接測(cè)量壓力的。
被測(cè)量氣體除少數(shù)情況外，多為混合氣體。上述壓力測(cè)量是指混合氣體全壓力測(cè)量。在近代真空測(cè)量技術(shù)中，分壓力測(cè)量越來(lái)越重要。這里所說(shuō)的分壓力測(cè)量是指全面地測(cè)出混合氣體各組成成分的分壓力。這樣，混合氣體的全壓力就等于其各組成成分的分壓力之和。
現(xiàn)代分壓力真空計(jì)都屬于電離類，即先將氣體電離，然后將所得的各成分離子加速，再把離子引進(jìn)分析器，將離子分開，分別測(cè)出各成分離子流強(qiáng)度，便可知?dú)怏w的成分和數(shù)量。分析器有磁的、電的、電磁結(jié)合和其它方式等。有時(shí)只需知曉被測(cè)系統(tǒng)殘余氣體成分和相對(duì)含量，并不要求測(cè)出分壓力值，這種儀器稱為殘余氣體分析儀。
正確的壓力測(cè)量必須對(duì)真空計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。因?yàn)槎鄶?shù)真空計(jì)是通過(guò)與壓力有關(guān)的物理量來(lái)間接反應(yīng)壓力，而不能直接通過(guò)真空計(jì)有關(guān)參數(shù)計(jì)算求得壓力值。這種真空計(jì)必須用標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)或能產(chǎn)生已知低壓的校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)�？梢哉f(shuō)，真空計(jì)校準(zhǔn)是真空測(cè)量的基礎(chǔ)，是發(fā)展真空測(cè)量的有力工具。
真空計(jì)量器具分三類：計(jì)量基準(zhǔn)器具、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作計(jì)量器具。前兩類用于復(fù)現(xiàn)和傳遞真空度量值，統(tǒng)一全國(guó)真空量值;而后一類是在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。三種計(jì)量器具的不確定度依次降低。
2、真空度的表征及單位
用壓力表示真空度是由歷史上采用U型壓力計(jì)測(cè)量真空所形成的，這并不十分合理。
在一般真空系統(tǒng)中，通常以各向同性的中性氣體的壓力這一流體靜力學(xué)的物理量表示真空度，因此，真空度的測(cè)量?jī)H僅歸結(jié)于壓力的測(cè)量。但特別應(yīng)注意測(cè)量條件。測(cè)量的對(duì)象是在有限的容器內(nèi)、靜止(隨機(jī)運(yùn)動(dòng))、穩(wěn)態(tài)、各向同性單一的中性氣氛。在這種情況下，麥克斯威速度分布、余弦散射定律和流體靜力學(xué)壓力概念( p = nkT，v = 1/4nc，p = ρgh)都較好地符合客觀實(shí)際，真空度的測(cè)量也比較簡(jiǎn)單容易。
根據(jù)真空度定義，真空度最好用分子密度n表示，而以壓力表示真空度與此并不矛盾。測(cè)量壓力時(shí)，一般氣體處于平衡態(tài)并滿足麥克斯威速度分布定律，即 p = nkT 成立。測(cè)量時(shí)氣體溫度T一定，所以氣體壓力p正比于分子密度n。也就是說(shuō)，此時(shí)壓力是分子密度的量度，所以可以用壓力表示真空度。
在空間研究中，研究對(duì)象是無(wú)限空間運(yùn)動(dòng)(1～lOkm·s-1或更高)、非穩(wěn)態(tài)、綜合環(huán)境作用下的復(fù)雜氣氛，此時(shí)麥克斯威速度分布定律和余弦散射定律就不一定成立，所以壓力也失去了原來(lái)的物理意義，真空度的測(cè)量比較復(fù)雜和困難了。
在一般情況下，以壓力表示真空度是流行、沿用的，但也不是唯一的，還可以用如下參數(shù)表示真空度：
真空度表示方法
當(dāng)真空度很高時(shí)，即分子密度很小時(shí)，統(tǒng)計(jì)漲落十分明顯，如壓力 p = 10-12pa時(shí)，統(tǒng)計(jì)漲落已大于5×10-2，壓力已失去真實(shí)意義。由此看來(lái)，在某些情況下，壓力只是其它量的相對(duì)指示而已。
根據(jù)氣體分子對(duì)表面碰撞而定義的氣體壓力，是碰撞單位表面積氣體分子動(dòng)量垂直分量的時(shí)間變化率，即單位面積上所受的力，單位為“帕斯卡”(Pascal)，簡(jiǎn)稱“帕”(Pa)。
1Pa = 1Nm-2
在工程上有時(shí)嫌帕的量值太小，常采用kPa和MPa表示壓力。
低真空時(shí)，有時(shí)用“真空度百分?jǐn)?shù)”表示，比如水環(huán)式真空泵、往復(fù)式真空泵和直排大氣羅茨真空泵常用此單位表示真空度。
