溫度差對規(guī)管測量影響

2008-10-29 鬼馬真空技術(shù)培訓(xùn)講座

真空室有時(shí)具有冷壁、冷阱或熱源，這樣會使規(guī)管處于室溫，而真空室空間溫度處于低溫或高溫下；或者當(dāng)真空規(guī)管在校正與測量時(shí)的溫度不一樣，以上兩種情況下，都會造成誤差。而且這種影響與壓力的高低有關(guān)。

(1)壓力較高(p＞130 Pa，λ<<d)情況下

嚴(yán)格地講，當(dāng)壓力較高時(shí)，只要兩個(gè)相連容器處于平衡狀態(tài)，則無論其兩者的溫度是否相等，其壓力應(yīng)該是相等的。如圖5，根據(jù)氣體壓力公式P=nkT，有n1kT1=n2kT2 ,如T1≠T2,n1≠n2則有

(1)

即在高壓力情況下，處于平衡狀態(tài)下的真空系統(tǒng)內(nèi)存在溫度不均勻時(shí)，其分子密度與絕對溫度成反比。

以上情況對于直接測量壓力的真空儀表(如U型計(jì)、壓縮式真空計(jì)、薄膜式真空計(jì))是沒有影響的，但對于根據(jù)氣體分子密度的大小來測量真空度的真空儀表(如高壓力電離真空計(jì))就會產(chǎn)生誤差。如果這些真空儀表在校準(zhǔn)和測量時(shí)溫度不一樣的話，其測量結(jié)果將用下式修正

(2)

式中P1——溫度為T1時(shí)的校準(zhǔn)壓力值

P2——溫度為T2時(shí)的校準(zhǔn)壓力值

由于T1和T2都為絕對溫度，如T1與T2均在常溫條件，即使T1≠T2，其影響是不太大的，因此，只有在作精密測量時(shí)，才需要用式(2)進(jìn)行修正。

圖5 溫度對測量影響的示意圖

(2)低壓力(λ>>d)情況下

當(dāng)容器處在低壓力情況下，其余情況仍如圖5相同，這時(shí)就存在著熱流逸現(xiàn)象。因?yàn)檫@時(shí)氣體分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于分子態(tài)，處于平衡狀態(tài)下的兩個(gè)相連容器，在單位時(shí)間內(nèi)氣體分子從容器1進(jìn)入容器2的分子數(shù)和從容器2進(jìn)入容器1的分子數(shù)分別為此處

分別為氣體分子相應(yīng)于溫度T1和T2時(shí)的平均速度，A為連接兩容器管道的截面積。從容器1到容器2的凈分子數(shù)為

因?yàn)?img alt="" src="/uploads/allimg/081029/1616155.jpg" />,上式可寫成

(3)

由于處于平衡狀態(tài)，N=0，上式可簡化為

式(4)說明，在氣體處于分子態(tài)時(shí)，真空系統(tǒng)即使處于平衡狀態(tài)，如系統(tǒng)內(nèi)部存在溫度不均勻時(shí)，也將引起壓力和密度的不同，這就是熱流逸現(xiàn)象。因此，在高真空儀表的校準(zhǔn)時(shí)要盡量使真空校準(zhǔn)系統(tǒng)和真空計(jì)處于相同的溫度。

這種情況對于根據(jù)直接測量壓力的真空儀表可按式(4)進(jìn)行修正。對于根據(jù)氣體分子密度測量真空度的電離真空計(jì)可按下式進(jìn)行修正

(5)