真空度与温度关系的测量

第二章 真空计量基本知识一、真空1.1 真空、理想气体状态方程、气体分子的热运动地球的周围有一层厚厚的空气，称为大气，人类就生活在这些大气中。

空气有一定的质量，在通常状况下，大约为1.29g/l ，可以说是很轻的。

但地球周围的空气非常密，在几十公里以上的高空还有空气存在，这么厚的一层空气受地球引力作用，就会对地面上的一切物体产生压力，这就是大气压。

早在17世纪，托里拆利就通过实验证实了大气压强的大小。

通常一个标准大气压约等于0.1MPa ，相当于760mm 左右的汞柱所产生的压强。

真空是指低于一个大气压的气体空间，但不可理解为什么都没有。

真空是同正常的大气相比，是比较稀薄的气体状态。

按照阿佛加德罗定律1mol 任何气体在标准状况下，有6.022×1023个分子，占据22.4L 的体积。

由此我们得到标准状态下气体分子的密度为319/103cm 个⨯。

在非标准状况下，当气体处于平衡时，满足描述理想气体的状态方程。

式中的N 为气体的摩尔数，P 为压力（Pa ）,T 热力学温度，κ为波尔兹曼常数，κ=1.38×10-23J/K 。

因此在非标准状况下，气体分子数密度与压力和温度有关。

每立方厘米中的气体分子数可以表示为： TP n 61024.7⨯= 式中n 为气体分子数密度（cm -3），由此可见，即便在Pa P 11103.1-⨯=这样很高的真空度时，T=293K 时，每立方厘米的空间中仍有数百个气体分子。

因此所谓真空是相对的，绝对的真空是不存在的。

同时我们也可知，气体分子数密度在温度不变时，与压力成正比。

因此，真空度可用压力来表示也是以此为理论依据。

在真空抽气过程中，一般可认为是等温的，我们说容器中的压力降低了或气体分子数密度减少了都是正确的。

1.2 气体分子的热运动 从微观的角度看，气体是由分子组成的，所有分子都处在不断的、无规则的运动状态。

分子的这种运kT V N p ⎪⎭⎫ ⎝⎛=动与温度有关，因此我们称之为热运动。

低温绝热容器真空度测试原理及试验【l24l第26卷第11期1试验与研究ff低温绝热容器真空度测试原理及试验罗更生211/'1",平张勇芳(湖南省特种设备检测中心湖南410075)低温绝热容器是指用于存储液氧,液氮,液氩,液化天然气等低温液体的压力容器….低温绝热技术是通过限制热传导,热对流和热辐射三种传热途径减小热量传递方法的手段.目前常用的绝热技术有普通堆积绝热,高真空绝热,真空粉末绝热,真空多层绝热.为获得良好的绝热效果,绝热层往往工作于真空环境中,其真空度的大小对绝热效果起关键作用.因此,TSGR7001—2004《压力容器定期检验规则》规定全面检验时对绝热容器夹层真空度应进行测试并达到要求1低温绝热容器真空度测试原理[2r在一般真空系统中,常常以各向同性的中性气体的压力表示真空度,因此,真空度的测量仅仅归结于压力的测量.标准的测量对象是在有限的容器内静止(随机运动),稳态,各向同性单一的中性气体.在这种条件下,理想气体的概念较符合客观实际,即P=nkT成立.测量时气体温度7_一定的条件下,气体压力p正比于分子密度n,因此可以用气体的压力或分子密度表示真空度.但真空低温绝热设备中,常常含有水蒸汽,油蒸汽等可凝性汽体,常常伴随着温度变化和设备内各处的温度不均匀,在某些工艺过程中还存在非稳态的气体定向流动.因此,在测量真空度及选择真空测量仪器时应注意实际工艺条件及其对测量值的影响.真空测量仪有弹性元件真空计,电容式薄膜真空计,电阻(热偶)真空计,电离真空计.本文将详细分析热偶真空计,电离真空计的工作原理.1.1热偶真空计测试原理热偶真空计是根据在低压力下气体分子热传导与压力有关的原理制成的真空测量仪器,结构如图1所示.加热丝通以电流『力口热,在热平衡时,加热丝产生的欧姆热Rwl等于热丝引线传热量0,辐射传热Q和气体传热Q.之和,即Rwl=0+QK+0(1)式(1)中Qr在低压下与气体的压力有关,即加热丝温度是气体压力的函数T=,(p),因此,可以根据加热丝的温度7-来确定气体压力p1.…,太:2…,&:3J11I热鲐;4热似;5热ftz源;6fIzf器;7』I:父;8接!系统图1热偶真空计结构热偶真空计性能稳定,其测量范围一般为10～01Pa,采用热对流现象可使测量上限扩展至01MPa.设置测量下限的主要因素是热丝引线传热量0和辐射传热Q;设置测量上限的因素是:真空度过低时,气体热传导已与压力无关.1.2电离真空计测试原理电离真空计是根据气体分子与电子相互碰撞产生电离的原理制成的,如图2所示.它用来测量高真空度,可测范围为0133～1.33X10Pa.实验表明,在压强P≤O1Pa时,有下列关系成立/+//.=KP(2)式(2)中/为栅极电流,P为气体压强,/为灯丝发出电子与气体分子碰撞后使气体分子电离产生正离子而被板极收集形成的离子电流. ,(为比例常数.可见,/.不变,经绝对真空计校准后,/+值反映真空度.该仪器只有在真空度达到01Pa以上时,才能打开电离规管灯丝.否则.将损坏规管.筒状…饭;2被披测试系统;3.…檄;4栅极图2电离真空计结构2低温液氧贮槽真空度现场测试尊受湖南长钢气体有限公司委托,笔者对其一液氧贮槽进行全面检验,其参数见表1.按TSG R7001004要求进行真空度测试.测量前根据设计图纸及容器结构标牌找出真空度测试口, 根据测试口结构选择相应测量仪器.表I液氧贮槽设计参数i}Iii没II濉J利J剪1{1介质锌制造/,}/≮/l1】fI～f火l简火套I;】必{阳火珠光j波_J』】I3(H()235I{()88一()l—l96常温液3()欣化】.砂【槭』'测试仪器选用美国TeledyneModelHPM4/6便携式热偶真空计.该仪器配用DV-4和DV型规管,可在DV一6与DV-4两个范围问开关变换测量.DV一4测量范围:001～20Torr(0.01l中国特种设备安全I25to20mbar);DV-6测量范围:0001～1lorr(0001to1.3mbar).按照设计及TSGR7001—2004要求,测量时选用DV-6档.测量前采用购置仪器配置的Hastings校准管进行校准.环境温度为26oC.将真空计测试接口与液氧贮槽测试接口连接好,等数据稳定时读数,发现数据为0088Torr (11.7Pa)>10Pa,超出TSGR7001—20O4规定,但是历史记录及现场压力表数据显示液氧贮槽现场工作压力一直很稳定,逐步分析原因.将真空计测试接El拔出,发现液氧贮槽规管氧化有铜锈,由此引起真空计零点漂移及灵敏度的改变.清除铜锈及杂质后,再次进行测量.经多次测量数据稳定在028～0.29Torr(3.7～38Pa)问,符合GB/T18443.2—200及TSGR7001—2004的要求.另外,现场检验发现大量低温绝热容器真空度测试规管外罩被焊死或采用其他不可拆卸装置.造成现场无法进行真空度的测试.建议低温绝热压力容器制造厂家在制造该类容器时规管外罩采用可拆卸方式.|3镱束语薯:文章首先详细分析了低温绝热容器真空度测试原理及真空计工作原理.接着笔者在检验过程中采用热偶型真空计对一低温液氧贮槽进行真空度测试.起始测试数据超出规则要求,经排除干扰因素后,最终的测量结果符合规定.因此,在实际检验过程中,掌握绝热容器夹层真空度测量原理及测试仪器工作原理,并结合分析容器的运行记录,对把握测量结果的正确性是非常重要的参考爻献1尚巍,姜秀海.低温绝热容器定期检验方法的探讨. 低温与特气,2009,l27(16):25～262陈国邦.张鹏着.低温绝热与传热技术.科学出版社.2004.93rrs(7001—2O【)4压力容器定期检验规则4徐成海,等着.真空低温技术与设备.北京:冶金5L. 业出版社.2007.95(B/rrl84432—2()[)1低温绝热压力容器试验方法.真空度测量(收稿日期2010—05—11)。

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一、前言本文涉及到的有关名词和术语：1.真空度：当以mmHg（Torr）或Kpa、Pa为单位时，指的是绝压，又称残压、压力，剩余压力或吸入压力。

当以Mpa为单位时，指的是弹簧真空表的表压，例：-0.078Mpa。

那么绝压应为0.1-0.078=0.022Mpa。

2.抽气量：单位时间通过泵入口处气体的质量流量，常以当量不凝气和当量可凝气标称，单位为kg/hr。

3.当量不凝气，对非20℃空气或其它不凝性气体,按其分子量和温度折算成20℃的空气质量流量，单位为kg/hr。

4.当量可凝性流量：对非20℃的水蒸汽或其它可凝性气体，按其分子量和温度折算成20℃的水蒸汽质量流量，单位为kg/hr。

5.工作蒸汽耗量：在额定工况下，单位时间内通过拉瓦尔喷嘴的工作蒸汽的质量流量，多级喷射泵则指通过全部拉瓦尔喷嘴的总质量流量，单位为kg/hr。

6.冷却水循环量：在额定工况下，单位时间冷却水的体积流量，多只冷凝器则指总体积流量，单位为M3/ hr。

7.冷却水耗量：在额定工况下，循环冷却水在冷却塔中降温时在单位时间内蒸发和损失的水量（估计值）。

单位为kg/hr。

二、真空度的测量测量真空度一般有五种方法：1. 与外界大气压力相比较。

在图一中，装有水银的U形管两端开口。

一端直通大气，另一端与真空系统连接（设压力为P A），两端的水银柱的差为△h，若设大气压为P大，有P大－P A=△h则P A=P大-△h mmHg但是，我们必须注意，大气压并非为760mmHg，气压计只有在海拔高度为零时，其读数才代表当地当时的大气压。

设若在某地区某一时，大气压计读数为P B，而海拔高度为H，则该地区实际大气压为：P大=P B－H/10 mmHg因此，真空系统的压力为：P A=P大－△h=P B－H/10－△h mmHg这一例子的实用形式即为了弹簧真空表。

弹簧真空表是按0.1Mpa这一压力作为基准而设计，制造的，因此，在实际使用中应根据本地区的实际气压情况进行修正。

热电阻真空计工作原理
热电阻真空计由一个金属棒和一个测量电路组成。

金属棒作为感温元件，一端暴露在被测介质中，另一端通过引线连接到测量电路。

当金属棒受到加热时，热能会通过导热传递到被测介质。

而介质的真空度越高，热能传递越慢。

热电阻真空计通过测量金属棒两端之间的电阻来间接测量被测介质的真空度。

当金属棒加热时，其中的热电阻会产生一个电阻值，该电阻值与金属棒温度成正比。

同时，测量电路也可以提供稳定的电流供给。

当金属棒与介质之间没有热传导时，金属棒的温度会上升到一个稳定值。

此时，测量电路测得的电阻值达到峰值。

根据该原理，热电阻真空计可以计算出被测介质的真空度。

因为在真空度越高的介质中，热能传递越慢，对应的金属棒温度上升速度较慢，电阻值越大。

通过测量金属棒两端的电阻值，可以推断出介质的真空度。

在具体测量过程中，还需要注意一些影响因素。

例如，金属棒的材料和尺寸、金属棒两端的电极接触质量以及测量电路的精度等。

这些因素都可能引入误差，需要在实际应用中进行校准和调整。

总结起来，热电阻真空计的工作原理是基于热传导性质与真空度之间的关系。

通过测量金属棒两端的电阻来间接测量被测介质的真空度。

该原理简单直观，适用于许多真空度测量场景。

然而，在实际应用中，还需要考虑其他因素对测量结果的影响，以获得更准确的真空度测量值。

循环水真空泵最大真空度与温度关系循环水真空泵是一种常用于实验室和工业生产中的真空设备，其最大真空度与温度之间存在着密切的关系。

循环水真空泵利用水流来产生真空，通过密封液体和气体之间的接触替换机制来实现真空的泵出，因此其性能受到温度的影响。

本文将系统地探讨循环水真空泵最大真空度与温度之间的关系，并尝试对其影响机制进行深入研究。

首先，我们需要了解循环水真空泵的工作原理。

循环水真空泵是利用流体静压原理来实现真空泵出的一种设备。

其主要部件包括泵头、驱动装置和出气口等。

在泵头中，通过不断地循环水流来形成真空环境，使得密封液体在气体的作用下逐渐泵出，从而实现真空度的提升。

而泵头的性能受到温度的影响，主要表现在密封液体的温度变化会影响真空度的稳定性以及泵速的变化。

其次，我们需要研究循环水真空泵最大真空度与温度之间的关系。

一般情况下，循环水真空泵的最大真空度随着温度的升高而下降。

这是由于在高温环境下，密封液体的粘度和表面张力会降低，从而使得液面的稳定性受到影响，泵速减小，真空度下降。

此外，温度升高还会导致密封液体的蒸发速度增加，使得真空度受到进一步的影响。

因此，对于循环水真空泵来说，控制温度是提高其最大真空度的关键。

另外，我们还需深入探讨循环水真空泵在不同温度下的性能变化。

在实际应用中，循环水真空泵通常需要在不同温度环境下进行工作，因此了解其在不同温度下的性能变化对于提高其使用效率至关重要。

在低温环境下，循环水真空泵的密封液体会变得粘稠，从而影响其泵速和真空度。

而在高温环境下，密封液体的蒸发速度增加，使得泵速下降，真空度降低。

因此，在实际应用中，需要根据不同温度环境下的要求进行合理的调节和控制，以保证循环水真空泵的正常运行。

此外，还需要考虑其他影响循环水真空泵最大真空度的因素。

除了温度外，还有一些其他因素会影响循环水真空泵的性能，如泵头设计、液体选择、管路布局等。

这些因素也会对循环水真空泵的最大真空度产生影响，因此在使用循环水真空泵时，需要综合考虑这些因素，以提高其使用效率。

关于真空状态下温度测量1：真空箱里的温度计读数能代表真空箱空间的实际温度吗通常，我们看到的玻璃棒温度计反映的读数，可以说这是当时环境条件下的空气温度。

那么，真空状态下，我们看到放在真空室里的玻璃棒温度计上也有读数，这是不是就可以说，这个温度就是真空室里的温度呢答：这是不可以的。

因为真空状态下，已经没有空气了，真空室里根本就不存在空气温度。

玻璃棒温度计只是感受到由于吸收了热辐射而产生的温度。

而这种热辐射被吸收的量，与玻璃棒温度计材质表面的粗糙程度及材质对红外线辐射的吸收、折射和透射能力等因数（热工学术语“黑度”）有密切联系。

物体的黑度越接近1，吸收的辐射热就越多，物体的温度就越高。

反之就低。

而这时玻璃棒温度计的读数也仅仅只能代表玻璃棒温度计自身吸收红外线辐射热后的温度，决不能代表其它不同材质不同表面状态工件所吸收热辐射后的实际温度。

因此，请用户在使用电热真空干燥箱（真空状态下）加热时，可以参考真空室里玻璃棒温度计的读数并尽量积累和总结操作经验，以达到最佳效果。

2：电热真空干燥箱的仪表读数与真空室里的玻棒温度计读数差异很大，这是为什么由于不同用户的各种不同被烘物体黑度不同，作为制造厂试图用一种统一模式的辐射热计量方式来覆盖，不仅仅是技术上有一定的难度，更主要的是应用面太窄。

因此，以用户可以接受的价格为出发点，一般的电热真空干燥箱都采用先加热真空室壁面、再由壁面向工件进行辐射加热的方式。

在这种方式下，控温仪表的温度传感器可以布置在真空室外壁。

传感器可以同时接受对流、传导、和辐射热。

而处于真空室里的玻璃棒温度计只能接受辐射热，更由于玻璃棒黑度不可能达到1，相当一部分辐射热被折射了，因此玻璃棒温度计反映的温度值就肯定低于仪表的温度读数。

一般讲，200℃工作情况时仪表的温度读数与玻璃棒温度计的读数两者相差30℃以内是正常的。

问题3：电热真空干燥箱为什么不设温度均匀度参数一般的电热（鼓风）干燥箱均设有温度均匀度参数：自然对流式的干燥箱为工作温度上限乘3%，强制对流式的干燥箱为工作温度上限乘%。

真空度检测方法一、前言真空度是指在一个封闭的容器内，气体分子的数量密度与大气压下的数量密度相比较而得到的比值。

在许多工业领域中，真空技术被广泛应用于制造、加工和测试过程中。

由于真空度对于生产效率和质量控制至关重要，因此准确地检测真空度是必不可少的。

本文将介绍几种常见的真空度检测方法，并分析它们各自的优缺点。

二、常见的真空度检测方法1. 热导法热导法是一种通过测量热量传输来确定气体压力的方法。

该方法使用一个热导材料来测量热量传输，并根据热导材料中流动气体所引起的温度变化来计算出真空度。

该方法适用于低真空范围内（10^-3~10^-7 Torr），并且具有高精确度和稳定性。

然而，该方法对于高真空范围（<10^-7 Torr）不太适用，并且需要进行定期校准。

2. 离子规法离子规法是一种通过测量离子电流来确定气体压力的方法。

该方法使用一个电极来产生离子，并通过测量离子电流来计算真空度。

该方法适用于中等真空范围（10^-3~10^-7 Torr），并且具有高精确度和灵敏度。

然而，该方法对于高真空范围（<10^-7 Torr）不太适用，并且需要进行定期校准。

3. 湿度计法湿度计法是一种通过测量气体中水分子的数量来确定气体压力的方法。

该方法使用一个湿度计来测量气体中水分子的含量，并根据水分子的数量来计算真空度。

该方法适用于低真空范围内（10^-3~10^-7 Torr），并且具有高精确度和稳定性。

然而，该方法对于高真空范围（<10^-7 Torr）不太适用，并且需要进行定期校准。

4. 磁悬浮法磁悬浮法是一种通过测量磁场中气体分子的运动状态来确定气体压力的方法。

该方法使用一个磁场来操纵气体分子，并通过测量其运动状态来计算真空度。

该方法适用于高真空范围内（<10^-7 Torr），并且具有高精确度和稳定性。

然而，该方法需要使用昂贵的设备，并且对于低真空范围（10^-3~10^-7 Torr）不太适用。

真空度物理意义1. 引言真空度是物理学中一个重要的概念，它常常被用来描述各种物理装置中气体的含量与压力。

在很多实验和工业领域中，都需要维持特定的真空度，以确保装置或产品的正常运行。

本文将从物理和实用角度，探讨真空度的物理意义和测量方法。

2. 真空度的物理意义真空度是指一个容器中气体分子的密度和压强，其单位通常是帕斯卡（Pa）或托（Torr）。

在很低的真空度下，气体分子的数量极少，直到最高等级的真空度（10-12 Pa或0.1 fTorr），在这些真空度下除了极少数气体分子以外，几乎不含有其他的物质。

这也是重要的科学和工业应用所需的真空度范围。

从物理角度看，真空度是由容器内气体分子的压强决定的。

压强是单位面积上气体分子的数量，它通常用帕斯卡或托来度量。

在一个密闭的容器中，气体分子会与容器壁碰撞，由于分子的撞击，容器壁上产生了压力。

这个压力就是气体分子对容器的热运动与撞击的总和，单位为帕斯卡（Pa）或托（Torr）。

3. 测量真空度的方法从实用的角度看，真空度的测量通常用到了两种主要的方法：3.1 机械计算法机械计算法是最早期的方法，是通过测量气体分子对容器壁产生的压力来估算真空度。

这种方法通常采用阿伏伽德罗定律公式，即P× V = n × R × T，在一定温度下，压力P、体积V和物质的摩尔数n是成正比例关系的。

通过测量气体分子所产生的压力（P）、容器体积（V）和温度（T），可以计算出各种真空度的值来。

3.2 离子计算法离子计算法是一种更现代化的方法，它是通过测量容器内气体分子电离后生成的离子来计算真空度。

这种方法的基础是因为气体分子在高真空度下电离形成的正、负离子，这些离子可以通过离子计数器、电荷放大器和电荷积分器等器件进行测量，从而计算出真空度的值。

离子计算法具有测量精度高、稳定性好、不受气体组成影响等特点，被广泛应用于各种实际领域，如成像仪器和部件、半导体工业、空间科学等。