[科普中国]-真空压力计

压力真空计广泛应用于气体输送,管道液体及密闭容器中测量无腐蚀性、无爆炸危险、无结晶体、不凝固体的各种液体,气体,蒸汽等介质的压力大小。

概要真空一词的意思本来是指什么也没有的状态，而在学术研究上，把压力比大气压力低的状态叫做真空。

按国际单位制（SI）规定，真空压力的单位也使用kPa，Pa，mPa，μPa．在计量法中也采用Torr，它足以Torricelli命名的单位。

1 Torr=1mmHg=133.324Pa

在比较低的真空（压力高的真空）中，使用流体压力真空计、包端管真空计，膜片真空计．现说明一下比较高的真空（压力低的真空）的测量。1

麦克劳真空计麦克劳真空计用予测量1-10-3Pa的压力。结构如图3．48所示，是一种水银压力计，是用来校准其它真空计的标准真空计。

把水银槽H向下降，使水银液面比O点还低，这时A、B、C各部分由与测量对象同一压力的气体充满。然后，把水银槽H徐徐向上提起，则在液面超过0点之后，B和C部分与A分离．最后，如图所示向毛细管C中压缩．使R部分的液面与基准点（0刻度）一致，读出C部液面的刻度即为测量值．1

皮拉尼真空计这种真空计是利用气体的热传导率随真空压力变化的原理制作的。图3．49（a）是封入了丝极（钨、铂等）的球形管，它和需要测量压力的真空相连接。从丝极放出的热量由真空的压力和丝极的温度所控制。压力越低，热传导率越小。因而，如在丝极上流过一定的电流，使其产生一定的焦耳热量，则压力越低，丝极的温度越高。

皮拉尼真空计利用电阻值的变化来检测丝极的温度变化。测量电路由图（b）所示的电桥组成．为了消除环境温度变化的影响，要用以一定压力封入同一种气体、并有相同电阻值丝极的两个球形管．

在图示测量电路中，根据已知真空度预先校准输出电流值，然后读取测量电流值，求出真空度．这种真空计的使用范围是1kPa—0.1 Pa，它的响应速度低，达到平衡状态需要数分钟。1

克努曾真空计在图3．50中，装有反射镜M的可动板A由水晶丝S支持着，并可绕S回转．在可动板A前后，设置2块可加热的固定板B。板A的温度TA等于环境的温度，板B经铂线通电加热，并操持比TA高的温度TB。将板A和板B问的间距做得比气体分子的平均自由通路还小时，从被加热的板B向板A冲击的分子所产生的转矩，比从板A另一侧冲击的分子所产生的转矩大，因此使板A回转．如把光束射向反射镜M，可由反射光的回转角来求出板A的回转角。

设板A每单位面积受到的分子斥力为F，板A和板B的温度分别为TA和TB，则压力P可由下式求得：

若温差很小，则：

因此，若已知每个单位面积的斥力F和温度TA和TB，即可求得压力P．因回转力与水晶丝的弹力相平衡，故与回转角成正比。这种真空计可以i蜒l量10-3Pa或者比它小的压力，但因用了水晶丝怕振动，一般难于使用。1

电离式真空计图3．51是电离式真空计的原理图。具有与三极电子管相似的结构．电子从受热的阴极飞出，被带正电位的栅极加速，冲击气体分子，使其电离为正离子和负离子。因为阳极加了负电位，所以聚集正离子，流过电流ip．另一方面，电子和负离子聚集在栅极，流过电流ig．已知气体的压力P与ip和ig之比成正比即

式中，S称为电离式真空计的灵敏度，是一个常数．这种真空计的使用范围是10-1-10-8Pa。1

盖斯勒管如图3．52所示，在玻璃管的两端封入圆盘状的铝电极就构成盖斯勒管。在两电极上加上数千到数万伏电压时，由于压力不同，放电的颜色郴形状也不同．因此，观察放电的颜色和形状，就可以判断压力大小．因为是根据观察判断的，所以精度不可能达到希望值，但要达到大致的目标值是方便的。

盖斯勒管的使用范围10 kPa—1Pa。1

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学