压缩式真空计

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第214页（3259字）

压缩式真空计又称麦克劳真空计，图4．9－1(a)，为压缩式真空计的工作原理示意图。通过汞的提升，对已知容积V内的待测压力P的气体进行压缩，一直到达已知截面积的毛细管内某一位置图4．9－1(b)形成了较高压力，使两根毛细管内的汞柱产生高差h，测出h值，并通过理想气体的波义耳定律，即可算出待测压力p。根据这一测量原理，可对压缩式真空计的汞柱高进行压力标定。其测量下限可扩展到高真空区域。但由于压缩容积不可能过大和毛细管不能过细，从而限制了测量下限。它是一种绝对真空计，可用作真空计量标准，在真空计量中占有重要地位。其压力准确度与本身各参量的测量准确度有关，例如毛细管中汞面的毛细压低值异常变化和封闭毛细管内气柱偏离理想圆柱体，是造成测量下限不确定度的最大因素。

图4．9－1 麦克劳真空计工作原理示意图(a) (b)

我国从1959年到1977年先后研制了临时标准、一等标准到正式通过国家鉴定的基准压缩式真空计，其测量范围为0．001～1Pa，准确度为(2～0．2)%。

作为传递用的真空计有以下几种：

1．电离真空计

电离真空计是在有控制的条件下使待测气体的分子电离，并通过测量离子流来确定待测压力的一种相对真空计。所测得离子流大小与被测气体单位体积的分子数多少有关。由于不同种类气体分子的电离电位和电离几率不同，同样压力的不同气体所测得的离子流是不同的，因此这类真空计的测量与气体种类有关。电离真空计通常是由规管和控制单元两部分组成，规管内有敏感件，对气体分子进行电离并收集离子。控制单元提供规管工作电参数和显示真空度读数，在真空技术应用中，电离真空计的使用最广泛，尤其应用有高真空和超高真空范围。电离真空计的种类主要有热阴极电离真空计和冷阴极电离真空计。标准电离真空计1981年研制成功，并达到国际标准水平。其测量范围为(10¹～10^－10)Pa，准确度等于10%。

2．热导式真空计

热导式真空计是根据气体在两个不同温度元件之间的热传导与压力有关而设计的一种相对真空计。根据气体热传导原理，当气体分子的平均自由程大于或接近这两个元件之间的距离尺寸时，气体热传导造成较高温度元件的热损耗与压力有关；当气体分子的平均自由程比该两元件之间的距离小时，气体热传导与压力无关，即限止了热导真空计的测量上限。当压力很低时，因气体很稀薄，气体的热传导量很小，使反应压力变化量的信号无法从本底噪音中检出，即限止了测量下限。这类真空计的测量范围在中、低真空区域。使用最广范的热导式真空计种类有电阻真空计(也称皮式真空计)和热偶真空计。

3．电容薄膜真空计

电容薄膜真空计的传感器原理示意图4．9－2，其内有一薄膜M，它将传感器内腔分为两侧。M和固定电极E之间形成一电容，pe为参考压力，P为待测压力。由膜片M变形后的电容量变化反应出传感器两侧压力差的变化，达到测压目的。另一种方法是在p＞pe情况下，由于压差的作用，将膜片M弯向电极E。若在E和M之间加一直流电压使膜片复位，则由所加直流补偿电压反应出压力差的大小，达到测压目的。以上两种方法，均为差压式电容薄膜传感器。若将左侧密封，且满足pe＜＜p，则待测压力p为绝对压力值，就构成绝压式电容薄膜传感器。它实际上是数字压力计，我国引进美国产品作为中、低真空测量的仪器仪表。作为标准电容薄膜真空计需每年进行定度后才能使用。其测量范围在(10⁵～10^－1)Pa，准确度为3%。

M－薄膜；A－固定电极；P₀－参考压强；P－被测压强；V－直流电源；R－电位器

图4．9－2 电容薄膜真空计的传感器原理示意图

4．磁旋浮转子真空计

磁旋浮转子真空计的工作原理，是基于气体分子对自由旋转钢球的减速作用。规管内只有一个钢球。规管外有两对电磁线圈：一组螺旋线圈首先使钢球旋浮起来；另一组驱动线圈使钢球从静止加速到400转／秒。驱动场一旦停止，则由于气体分子的摩擦作用，则引起钢球自转频率的衰减。而转速衰减与气体压力有着严格的对应关系，因此规管经过事先校准后可用来进行压力测量。

由于规管内只有一个体积小的钢球，吸放气效益可以忽略。此外，没有高速电子、离子和热丝，没有热和辐射效应，不会影响被测空间的气体成份，可适用于允许规管与气相彼此作用的场合。这种真空计的可靠性和重复性好，可作为参考标准，用于真空标准装置之间的比对，及进行真空精密测试。

【参考文献】：

［1］师克宽等，过程参数检测，中国计量出版社，1990。

［2］王江，现代计量测试技术，中国计量出版社，1990。

［3］鲁绍曾，现代计量学概论，中国计量出版社，1987。

［4］赵琪 原遵东等，用于ITS－90的直流光电温度比较仪，计量学报(1990)，Vo1，11，No．4，P．241。

［5］H．Preston－Thomas，The International Temperature Scale of 1990，CCT BIPM，1990

［6］蒋思敬、姚土春编，压力研究。

［7］M·K，若霍夫斯基着，李燕、黄国政等译，压力和疏空计量技术。

［8］Supplementary Information for the International Temperature Scale of 1990，CCTBIPM，1990。

［9］Techniques for Approximating The International Temperature Scale of 1990，CCT BIPM，1990。

［10］王魁汉，温度测量技术，东北工学院出版社，1991。

［11］沈正宇、王凤诚，从计量保证方案(MAP)谈一等标准水银温度计的检定质量，第二届全国温度测量与控制学术会议论文集，P340－345，1990。

［12］压力计量名词术语及定义，JJG，1008－87。

［13］知久明、金田良作等合编，房景富、韩慧文、袁先富译，压力测试仪器的管理。

［14］许第昌编，压力计量测试。

［15］蔡武昌等编，流量测理方法和仪表选用指南。

［16］川田裕郎等编着，流量测量手册。

［17］苏彦勋、盛健、梁国伟编着，流量计量与测试。