真空科學(xué)與技術(shù)及其在熒光燈中的應(yīng)用(濃縮版).doc

真空科學(xué)與技術(shù)及其在熒光燈中的應(yīng)用錢永生（上海市真空學(xué)會(huì)）引言 真空，就其哲學(xué)或理論物理的意義來(lái)說(shuō)，是沒(méi)有任何物質(zhì)的空間。然而在工業(yè)術(shù)語(yǔ)中，壓強(qiáng)低于個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.013105Pa）的空間都可以叫做“真空”。白熾燈的研制愛(ài)迪生（Edison）1879是早期發(fā)明的排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的結(jié)果，白熾燈表明了低分子密度的用途（除去活性大氣組分）。真空技術(shù)是一門具有科學(xué)概念的并用這些原理來(lái)獲得實(shí)際的低壓強(qiáng)環(huán)境的系統(tǒng)學(xué)科。在轉(zhuǎn)入正題前，我們有必要重溫一下學(xué)過(guò)的某些真空概念。 第一章 真空的一般概念： 1. 1 真空度量單位： 真空度是對(duì)氣體稀薄程度的一種客觀量度。作為這種量度，最直接的物理量應(yīng)該是每單位體積中的氣體分子數(shù)。根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，壓強(qiáng)可以用分子密度n（個(gè)/cm3）和溫度（K）表示為：nKT（.）（）式中，是玻爾茲曼（Boltzmann）常數(shù)1.3810-16爾格/K。但是，由于歷史上的原因，真空度的高低通常都用氣體的壓強(qiáng)來(lái)表示。歷史上氣體的壓強(qiáng)是指氣體作用于單位面積器壁上的壓力，在單位制中， 壓 強(qiáng)單位 ： 1達(dá)因21；在MKS單位制中，壓強(qiáng)單位是牛頓米2。 1牛頓21。在不同國(guó)家和用于不同的學(xué)科，壓強(qiáng)單位的種類較繁雜，1945年時(shí)已有15種。過(guò)去，在真空技術(shù)中最常用的壓強(qiáng)單位有：“毫米汞柱（mmHg）”和“托（Torr）”。后來(lái)發(fā)現(xiàn)Hg有種同位素，所得純汞也根本沒(méi)有確定的密度，同一高度純汞表現(xiàn)出來(lái)的壓強(qiáng)并不是唯一的，要看其同位素組成比例而定。于是以汞柱規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓并不“標(biāo)準(zhǔn)” 。1969年，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)建議（1971年批準(zhǔn)），推廣一種制合理壓強(qiáng)單位叫“帕斯卡”（Pascal），簡(jiǎn)稱“帕”（Pa）。,1Pa1N21Kg2.7.5006-3Torr-2bar標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（ATM）101325Pa.1Mpa托（Torr）133.322Pa1.3102Pa1.3mbar。使用這種單位以后，計(jì)算、換算等就很方便了。例如，氣流量（包括漏氣率、放氣率）單位，目前，慣用“托升秒”，如用“帕”作壓強(qiáng)單位，則流量單位就是“瓦特”，與功率單位一致了，這樣就消除了一個(gè)量多種單位的現(xiàn)象。因此，GB/T 316393真空技術(shù)術(shù)語(yǔ)中參照IS035291981真空技術(shù)名詞術(shù)語(yǔ)規(guī)定Pa為壓力單位。1985年頒布的計(jì)量法中也規(guī)定我國(guó)采用國(guó)際單位制（SI），Pa成了壓強(qiáng)的法定計(jì)量單位。除真空計(jì)外，我們常用的氣壓表（減壓器）也由“kgfcm2”或“atm”改為“MPa”刻度了。目前國(guó)際單位制“帕”的應(yīng)用仍處在過(guò)渡階段，由歐洲進(jìn)口的真空計(jì)常用“mbar”；日本等國(guó)進(jìn)口的真空計(jì)仍有用“Torr”。 近年來(lái)，我國(guó)出產(chǎn)的真空計(jì)大都采用“Pa”了，也有些儀器為了照顧習(xí)慣，采用“Pa”、“Torr”、“mbar”多單位制。不過(guò)，為貫徹計(jì)量法今后應(yīng)逐步統(tǒng)一用“Pa”作壓強(qiáng)單位。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.013105Pa760托760mmHg）是在北緯45、海平面上測(cè)得的。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓對(duì)應(yīng)的分子密度n2.451019個(gè)/cm3。；1. 2 氣體分子的平均自由程（）： 一個(gè)氣體分子與其它氣體分子相繼二次碰撞內(nèi)所走過(guò)的路程稱為自由程。自由程有長(zhǎng)有短，它們的差異很大。然而，相當(dāng)多的自由程的平均值卻是一定的，這個(gè)平均值便稱為平均自由程（）。單一氣體分子的平均自由程（）：厘米2.331厘米（）由式（）可見(jiàn)，且當(dāng)一定時(shí)，與的乘積為一常數(shù)，即常數(shù)（） 對(duì)于的任一氣體：厘米（） 對(duì)于20的空氣： 厘米（5） 式中，氣體分子密度個(gè)厘米3 氣體分子直徑厘米 氣體的溫度k 玻爾茲曼常數(shù)，為1.3810-6爾格 氣體壓強(qiáng)托 由式（2）（5）中可知，氣體分子的平均自由程隨真空度升高而增大。在大氣壓下，6.710-6cm；當(dāng)P1Pa時(shí)，0.67cm；當(dāng)P.310-4Pa時(shí)，長(zhǎng)達(dá)51m！ 由式（3）可見(jiàn)，氣體種類不同，值不同，在.相同的情況下， 也不一樣。1. 3 氣體沿管道的流動(dòng)狀態(tài)： 由于各種真空度下的不同，使各真空區(qū)域的氣流狀態(tài)亦不同。一般可分為四種：湍流、粘滯流、過(guò)渡流、分子流。在高壓強(qiáng)、高速度下，既分不清層次，又沒(méi)有規(guī)則的氣流稱為“湍流”。在起始抽氣階段，從大氣壓至幾十托間，在節(jié)流的管道中會(huì)遇到短時(shí)間的“湍流”。至今，人們對(duì)湍流的理論計(jì)算尚不成熟，一來(lái)是出現(xiàn)的時(shí)間很短暫；二來(lái)是難有規(guī)律可循。當(dāng)氣流速度和表面的不規(guī)則性小到足以能用平穩(wěn)圍繞障礙物流動(dòng)的層狀流線來(lái)表示時(shí)，就開(kāi)始進(jìn)入“粘滯流”了。對(duì)于圓管而言，湍流和粘滯流之間的界限可用雷諾（Reynolds）數(shù)Re來(lái)判別。而其它三種氣流狀態(tài)則可根據(jù)和管徑直徑（d）之比來(lái)判別（由表“1”可見(jiàn)，d不同，氣流界限也有變化）： 表1 判別式真空范 管道內(nèi)徑圍 d(cm) (托)氣流狀態(tài)d2.5 cmd1.0 cm為“粘滯流”粘滯流n101210-1n101510-1為“分子流”分子流P610-3P1.510-2為“粘滯分子流”（又稱“過(guò)渡流”）過(guò)渡流210-1610-3510-11.510-2“粘滯流”是呈流線型的規(guī)則氣流，此時(shí)遠(yuǎn)小于管道內(nèi)徑，氣體的粘滯性是以分子間互相作用的內(nèi)摩擦形式表現(xiàn)出來(lái)的，氣體分子間碰撞是主要的，分子與器壁間碰撞是次要的。因而氣體主要存在于空間，真空泵主要抽走空間的氣體分子，容易抽走，需要抽氣的時(shí)間也短。在“分子流”情況下，d，氣體分子的內(nèi)摩擦已不存在，分子間的碰撞可忽略，而氣體分子與器壁間碰撞頻繁。此時(shí)，真空泵主要抽走器壁解吸分子，抽走這些分子要比抽空間分子難一些。因而，高真空需要的抽氣時(shí)間長(zhǎng)，超高真空就更長(zhǎng)。1. 4 真空區(qū)域的劃分： 為了方便起見(jiàn)（實(shí)際上還特別為了便于確定所需真空設(shè)備的型式），通常把整個(gè)真空區(qū)間按照壓強(qiáng)的大小劃分為幾個(gè)區(qū)域。至今，世界各國(guó)對(duì)劃分方法尚無(wú)一致的見(jiàn)解。這里，按照華中一教授的建議，采取如下劃分可能比較合適： 托 粗真空（或3） -3 托 低真空（或3-1） -3-8 托 高真空（或-1-6） -8-14 托 超高真空（或-6-12）-14 托 極高真空（或-12這些真空區(qū)域的分界根據(jù)下面的理由： 表壓強(qiáng)值（托）物理現(xiàn)象獲得設(shè)備的特性*10氣體放電開(kāi)始出現(xiàn)水抽氣機(jī)的極限10-3分子平均自由程（）為厘米級(jí)機(jī)械泵的極限10-8布滿清潔表面一單一分子層的時(shí)間（z）為分級(jí)擴(kuò)散泵的極限10-14每立方厘米氣體分子數(shù)（n）為100級(jí)必須使用低溫泵*指一般設(shè)備的性能，不包括特殊處理的泵 第二章、從三道“真空方程”說(shuō)起：影響一臺(tái)真空設(shè)備（如排氣車）或一根燈管極限（或工作）真空度的要素有兩個(gè)方面：（1）抽氣手段：如真空泵、吸氣劑；（）氣體來(lái)源：如放氣、滲透、蒸發(fā)、分解、漏氣等等。不同的情況可以用不同的真空方程來(lái)描述。21 動(dòng)態(tài)真空系統(tǒng)方程： 動(dòng)態(tài)真空系統(tǒng)（如：長(zhǎng)排車、園排車等），在時(shí)間為時(shí)的動(dòng)態(tài)平衡壓強(qiáng)可由下式表達(dá)：u（12） 式中Pu-抽氣機(jī)組的極限真空度（托） 一總氣源（托升秒），QT=O；其中O為材料放氣率；為系統(tǒng)漏氣率；為滲透率。 Se -有效抽速（升秒）。 Se（13） 式中Sp-真空機(jī)組（或泵）的抽氣速率（升秒）；C總-管道的總流導(dǎo)（升/秒），在分子流狀態(tài)下，它是由管道幾何尺寸（內(nèi)徑和長(zhǎng)度）決定的（本文后面將作介紹）。就一套排氣臺(tái)而言，管道的總流導(dǎo)是一定的。當(dāng)泵的性能（指u和p）正常時(shí)，所能達(dá)到的真空度t主要受QT的限制。其中，“漏氣率”L是常數(shù)，應(yīng)徹底排除或?qū)⑵湎拗圃谠试S的范圍內(nèi)（10-9托升秒以下）；“滲透率”p，雖隨溫度的升高而增加，但因其數(shù)值相對(duì)較小，在動(dòng)態(tài)真空系統(tǒng)中往往可忽略；“放氣率”O(jiān)包括構(gòu)成真空系統(tǒng)管道的材料（如：不銹鋼、玻璃等）的放氣率以及密封材料（如：橡膠、無(wú)氧銅、真空脂等）的放氣率，還包括暴露在系統(tǒng)內(nèi)的污染物的放氣率。因此，合理的選用構(gòu)成材料和密封材料，認(rèn)真的清潔處理均是必要的。O在真空中一般隨時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減，也隨工藝條件（如烘烤溫度等）而變化。通常，人們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，Pt選擇在高于Pu半個(gè)到一個(gè)數(shù)量級(jí)。22 靜態(tài)真空系統(tǒng)方程：當(dāng)一只燈泡（真空泡）由排氣臺(tái)上封離下來(lái)后，就成了一個(gè)封閉的“靜態(tài)真空系統(tǒng)”。封離后經(jīng)過(guò)時(shí)間，其管內(nèi)壓強(qiáng)t為：PtPO（14） 式中：QT-封離后真空泡內(nèi)的總氣源（托升秒）；PO-封離真空度（托）； t-封離后經(jīng)過(guò)的時(shí)間（秒）； -管內(nèi)容積（升）。這時(shí)，Pt為時(shí)間的函數(shù)，隨著各種氣源的氣體進(jìn)入靜態(tài)空間（燈泡內(nèi)）而壓強(qiáng)Pt不斷上升，直到氣源與燈泡內(nèi)環(huán)境氣氛達(dá)到平衡，使不再增加為止。如果不存在漏氣且滲透極其微小的話，材料放氣將是起主導(dǎo)作用的。假設(shè)一只80h320mm由康寧7740派勒克司玻璃制成的真空泡，沒(méi)經(jīng)烘烤除氣，在長(zhǎng)排車上“冷抽”小時(shí)后封離下來(lái)，雖封離真空度 PO210托， 經(jīng)計(jì)算，該泡的容積V=1.6升， 內(nèi)表面積=905厘米2 查表得該種玻璃“冷抽”1后的放氣速率為7.3510-9托升秒厘米2，則T6.6510-6托升秒，封離后5min泡內(nèi)真空度將降至Pt1.25103托！若燈泡點(diǎn)燃后溫度升高時(shí)真空度將急劇下降。此例說(shuō)明排氣時(shí)采用各種方式對(duì)管內(nèi)另件徹底除氣的重要性。23 準(zhǔn)靜態(tài)真空系統(tǒng)方程：通常，彩顯管內(nèi)均裝置有吸氣劑，它相當(dāng)于一臺(tái)“物理一化學(xué)泵”，這樣，封閉的彩顯管內(nèi)真空度便不是“靜態(tài)”的了，這種系統(tǒng)稱為“準(zhǔn)靜態(tài)”。它封離后經(jīng)過(guò)時(shí)間，其管內(nèi)壓強(qiáng)P”可用下式計(jì)算： P”=PO十（15）式中，。-吸氣劑及電極材料的化學(xué)清除和電清除速率（升秒）；dpd-壓強(qiáng)變化率（托秒）；PO-封離真空度（托）。這里，彩顯管封離真空度決定了管內(nèi)真空的本底水平。管內(nèi)氣源QT越高，管內(nèi)壓強(qiáng)越高。而吸氣劑是作為一個(gè)“泵”在其中工作的，其吸氣速率O越高、可維持在高水平O下的“持久力”越高，管內(nèi)工作真空度維持在較高水平下的時(shí)間越長(zhǎng)。如果O足夠大，不僅可以吸去管內(nèi)氣源的放氣，達(dá)到維持真空的目的，而且，還可以將剩余的吸氣能力用來(lái)提高管內(nèi)真空度。因此，我們又可以從物理意義上理解：式（15）右邊第一項(xiàng)（PO）是封離真空度；第二項(xiàng)（QTO）是“維持”管內(nèi)壓強(qiáng)的條件；第三項(xiàng)是“提高”管內(nèi)真空度的表達(dá)式。當(dāng)然，這里O并不完全是吸氣劑的吸氣速率，往往還包括電清除、自吸附等多種吸氣方式，不過(guò)，其中吸氣劑的作用占主要罷了。其實(shí)，放氣速率是隨管子工作狀態(tài)而變化的，吸氣劑的吸速O也是隨著吸氣量的增加而衰減的，因此Pt”管內(nèi)壓強(qiáng)是隨時(shí)間以及管子工作狀態(tài)變更而變化的函數(shù)，所以稱為“準(zhǔn)靜態(tài)”。由于吸氣劑畢竟吸氣容量有限、大生產(chǎn)中考慮到生產(chǎn)效率，封離真空度又不可能很高，為了保持管內(nèi)良好的真空氣氛，必須著重研究氣源，以便采取有效的降低和控制措施。其實(shí)，吸氣劑在熒光燈中也曾有過(guò)應(yīng)用。在國(guó)際上最大的吸氣劑生產(chǎn)廠家（意大利SEAS公司）大力推動(dòng)下，1980年1995年間，國(guó)內(nèi)外眾多的熒光燈廠家都曾使用過(guò)釋汞吸氣劑。（當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的燈管多為T12、T10）這種帶狀的釋汞吸氣劑是在敷鎳鐵帶兩面分別壓制上Zr Al16和HgTi3粉末，其中，HgTi3是釋汞合金， Zr Al16是非蒸散型吸氣劑，封口前，將一定長(zhǎng)度的釋汞吸氣劑帶做成一只環(huán)，用邊桿焊在燈絲周圍（T12燈中用8 c m長(zhǎng)的釋汞吸氣劑帶）。 鈦汞合金在500度以下不會(huì)分解出汞，因而，排氣時(shí)徹底消除了汞污染；封離排氣管后在傳送帶旁加一臺(tái)高頻爐和一組走廊式高頻線圈（高頻爐的頻率選在350kHz左右，燈管烤高頻時(shí)不會(huì)產(chǎn)生放電），利用高頻加熱的方式使釋汞吸氣劑升至850度約30秒鈡后，使釋汞合金分解出單質(zhì)的汞；另一方面高頻加熱使鋯鋁吸氣劑 “激活”， 從而有了吸氣能力。 鋯 鋁吸氣劑是一種選擇性吸氣劑，只吸收活性氣體（特別是對(duì)燈最有害的氫氣、氧氣，它俗稱“氫海綿”），氬氣、氪氣等惰性氣體它均不吸收；單位長(zhǎng)度的釋汞帶的含汞量是一定的 （3mg/cm），通過(guò)控制燈內(nèi)所使用的劑帶長(zhǎng)度和釋汞工藝可控制燈內(nèi)的汞量。釋汞吸氣劑的使用帶來(lái)了十分明顯的好處：由于吸氣劑的作用，提高了燈內(nèi)真空度（降低了雜質(zhì)氣體含量）；改善了啟動(dòng)性能、提高了光通量及其維持率、減少了早期“黃黑”、延長(zhǎng)了燈管壽命。同時(shí)，基本消除了汞污染，改善了生產(chǎn)環(huán)境。由于使用釋汞吸氣劑后，增加了生產(chǎn)設(shè)備與工藝、提高了生產(chǎn)成本。隋著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，一些廠家紛紛停用了釋汞吸氣劑。但在某些特殊的場(chǎng)合（如客戶要求生產(chǎn)高質(zhì)量的燈管時(shí)）常常還在使用它。幾年前，我看到飛利浦公司在試制T5燈時(shí)，就又使用了一種小型的環(huán)狀釋汞吸氣劑。第三章 理想氣體的狀態(tài)方程及有關(guān)的幾條基本定律：3. 1 波義耳一馬略特定律：當(dāng)一定質(zhì)量的氣體的溫度不變時(shí)，它的壓強(qiáng)跟它的體積成反比。它又可以表達(dá)為：一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，它的體積跟壓強(qiáng)的乘積是一個(gè)常數(shù)。 這個(gè)定律可用公式表示如下： T=常數(shù) ； P1V1 = P2V2= PnVn=C1m=Q C1=RTM3. 2 查理定律：一定質(zhì)量的任何氣體的體積不變時(shí)，則它的壓強(qiáng)隨溫度升高而增加，每升高1時(shí)，它的壓強(qiáng)增加的量等于它在0時(shí)壓強(qiáng)的1273。體積不變，一定量的氣體所增加的壓強(qiáng)跟溫度的升高成正比。在升高同樣溫度的情況下，氣體壓強(qiáng)的增加跟它在0時(shí)的壓強(qiáng)成正比。這個(gè)定律可用公式表示如下：V=常數(shù)（PT一P0）T= P0273又可寫成： PT= P01（T273）舉例 ： 設(shè)25下測(cè)得的燈內(nèi)填充氣體的壓強(qiáng)為2.5托，求160下充氣時(shí)燈內(nèi)壓強(qiáng)為P160？解： PT= P01（T273）P0=2.5托1（25273）=2.29托 P160=2.291（160273）=3.632托修正系數(shù)： k =3.632/2.5=1.4533. 3 理想氣體狀態(tài)方程：分子間毫無(wú)相互作用的物理態(tài)的氣體稱為理想氣體。這是一個(gè)理論概念，它相當(dāng)于這樣的假設(shè)：（a）分子都是微小的球體；（b）它們的體積與氣體實(shí)際所占的空間比非常小；（c）分子間無(wú)相互作用力； （d） 它們 完全無(wú)規(guī)則地沿直線運(yùn)動(dòng)；（e） 分子間的碰撞是完全彈性的。某些實(shí)際氣體，如：氫、氮、氧、氬、氦、氖、氪、氙在大氣壓下很接近于對(duì)理想氣體所假設(shè)的行為。在較低壓強(qiáng)（真空）下，更多的氣體接近理想氣體。理想氣體狀態(tài)方程：PV =m.R.TM以上公式中：P氣體的壓強(qiáng)； m氣體的質(zhì)量；Vm克氣體的體積； T氣體的絕對(duì)溫度；M氣體的克分子量克克分子；R氣體常數(shù)，其值為62.362托.升K.克分子；N0阿佛伽德羅常數(shù)，N0=6.02253e23個(gè)；n0勞喜密特常數(shù)，n0=2.6870e19個(gè)Cm3；P1Pn混合氣體中各氣體的分壓強(qiáng)。注：上述定律和狀態(tài)方程除道爾頓定律外，僅適用于溫度不太低、壓強(qiáng)不太高的實(shí)際氣體，氣體密度越小，應(yīng)用這些定律越正確。對(duì)于蒸汽，只要在常溫下沒(méi)有達(dá)到飽和狀態(tài)，上述定律和狀態(tài)方程均能適用。第四章 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的計(jì)算方法 4. 1. 管道流導(dǎo)的計(jì)算：在計(jì)算管路流導(dǎo)前，必須判別管道中的氣流狀態(tài)，以便選用相應(yīng)的公式計(jì)算流導(dǎo)。 a）管道中氣流狀態(tài)的判別條件（指：空氣、20） d0.5（托cm）粘滯流； d0.015（托cm）分子流； 式中，管道內(nèi)的平均壓強(qiáng)（托）；一管道直徑（）（注：該“判別條件”可由本文式（）代入“表”中的公式推導(dǎo)出）在圓形管道中，湍流和粘滯流的判別通常用“雷諾數(shù)”Re，對(duì)于20下的空氣，可簡(jiǎn)化為：Q200d為湍流；Q100d為粘滯流（其中，Q為氣體流量，d為排氣管內(nèi)徑）。b）粘滯流區(qū)域內(nèi)圓形長(zhǎng)管道（管道長(zhǎng)度L20d）的流導(dǎo)： n（升秒）（7）c）粘滯流區(qū)域內(nèi)圓形小孔的流導(dǎo)：（P2/P10.1）n（升秒）（8）式中，一小孔的面積（2）。d）過(guò)渡流（又稱“粘滯分子流”）區(qū)域內(nèi)圓形長(zhǎng)管道的流導(dǎo)：C n f=12.1J（29）式中，J與d、之積有關(guān)的系數(shù)，J= e）分子流區(qū)域內(nèi)圓形長(zhǎng)管道的流導(dǎo)：12.1（升秒）（3 f）分子流區(qū)域內(nèi)圓形小孔的流導(dǎo)： M11.6或CM9.1d2（升秒）（31） g）總流導(dǎo)與各串聯(lián)的管道（或真空元件）流導(dǎo)間的關(guān)系： （32） h）總流導(dǎo)與各并聯(lián)的管道（或真空元件）流導(dǎo)間的關(guān)系：總Ci（33） 4. 2 有效抽速的計(jì)算： S（13）式中：Sp-真空機(jī)組（或泵）的抽氣速率（升秒）；C總-管道的總流導(dǎo)（升/秒），在分子流狀態(tài)下，它是由管道幾何尺寸（內(nèi)徑和長(zhǎng)度）決定的。4. 3 討論：）從式（27）（30）可知，粘滯流下圓長(zhǎng)管的流導(dǎo)與管內(nèi)壓強(qiáng)有關(guān)，在高壓強(qiáng)下同一尺寸管道所呈現(xiàn)的流導(dǎo)隨壓強(qiáng)的降低而減小，進(jìn)入分子流后就呈現(xiàn)一固定的流導(dǎo)，其值僅與幾何尺寸有關(guān)。）在串聯(lián)的管道中，某一最小流導(dǎo)的值往往決定了總流導(dǎo)值，在泵的抽速PC總時(shí)，C總。圖87C）以21寸彩色顯像管為例，其排氣管內(nèi)徑d=0.39cm，長(zhǎng)度L=5cm，按前述的氣流判別公式可計(jì)算出各氣流狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)范圍：氣流狀態(tài)湍流粘滯流過(guò)渡流分子流壓強(qiáng)范圍（托）76020201.31.33.810-2P3.810-2它所呈現(xiàn)的流導(dǎo)與壓強(qiáng)的關(guān)系可大致用圖87中曲線表示。 4. 4 粗抽時(shí)間的計(jì)算： 將熒光燈（含管道）從大氣抽至-2托時(shí)，可認(rèn)為主要是抽除容器空間的空氣（忽略材料放氣），考慮到機(jī)械泵的有效抽速隨真空度升高而下降的情況（修正系數(shù)Kq）和暫不考慮流導(dǎo)的影響（因在大多數(shù)情況下，抽氣管道較粗，粘滯流下的流導(dǎo)較大），計(jì)算粗抽時(shí)間有以下公式：2.3q（秒）（35） 式中，一粗抽時(shí)間（）；P一泵的標(biāo)稱抽速（s）； V一被抽容器的容積（）； Pi一開(kāi)始抽氣時(shí)壓強(qiáng)（7托）： 一經(jīng)時(shí)間抽氣后的壓強(qiáng)（托）； q一修正系數(shù)，與設(shè)備抽氣終止時(shí)壓強(qiáng)有關(guān)（查表得K4）。設(shè)某設(shè)備管道容積1.5升，接有五只鈉燈，每只鈉燈空間容積1.6升，總9.5升，4.58升秒 ， 若從大氣抽至1-2托需耗時(shí)：2.3（）秒 然而，對(duì)于排氣管流導(dǎo)很小的電真空器件而言，上述公式并不準(zhǔn)確，因?yàn)榇藭r(shí)Se。下面列出適用于熒光燈計(jì)算粗抽時(shí)間的公式：（1） 分子流狀態(tài)下的抽空時(shí)間： t（36） 式中，M排氣管分子態(tài)流導(dǎo)（s）； 起始抽氣壓強(qiáng)（）； ”終止抽氣壓強(qiáng)（）；由于在分子態(tài)下材料放氣開(kāi)始影響抽氣時(shí)間，這個(gè)公式既不很準(zhǔn)確，也不常用。（2） 過(guò)渡態(tài)下的抽空時(shí)間：t（秒）（37）式中，7.8，熒光燈排氣時(shí)常處于這種氣流狀態(tài)下。 （）粘滯流狀態(tài)下的抽空時(shí)間：t（秒）（38）式中，a0.281，粘滯態(tài)對(duì)熒光燈排氣管而言，出現(xiàn)在高于1托（133Pa）的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，粗抽時(shí)也是經(jīng)歷這一狀態(tài)的。（本文列出的21時(shí)彩顯管經(jīng)過(guò)333.4秒后抽至3.810-2Torr的計(jì)算結(jié)果就是利用式（37）、（38）求出的）。47 利用填充氣體沖洗法降低雜氣分壓強(qiáng)：一些電光源器件為加速排氣過(guò)程往往采取沖洗法來(lái)降低雜氣分壓強(qiáng)。前文己提過(guò)，對(duì)于細(xì)而長(zhǎng)的排氣管，其中氣壓越高，它的流導(dǎo)越大。若用表示沖洗前燈內(nèi)本底壓強(qiáng)， 充入純凈氣體后的壓強(qiáng)用2”表示， 把純凈氣體排出后的壓強(qiáng)用2表示，經(jīng)n次沖洗后，燈內(nèi)的雜氣分壓強(qiáng)（）可用下式表示：（48）可見(jiàn)，沖洗次數(shù)起著極重要的作用。例如，直管型熒光燈用圓排車排氣時(shí)采用沖洗三次，沖洗前燈內(nèi)本底壓強(qiáng)：PO-1托 ，沖洗 用 壓力 2”托，把純凈氣體排出后的壓強(qiáng) ： 25-1托， 按上式便可求出理論上的燈內(nèi)雜氣分壓強(qiáng)值： 1-6托。然而，式（48）忽略了一個(gè)關(guān)鍵因素：排氣系統(tǒng)的靜態(tài)漏氣和放氣的影響。因?yàn)椋诔錃膺^(guò)程中泵被隔離，靜態(tài)真空系統(tǒng)中的接頭、中心盤等處的漏氣和系統(tǒng)潤(rùn)滑油、真空橡皮管的放氣遠(yuǎn)非可以忽略。因此，設(shè)系統(tǒng)漏、放氣造成的雜氣分壓強(qiáng)為H的話，那么，經(jīng)次沖洗后，實(shí)際的雜氣分壓強(qiáng)應(yīng)為： 第二次沖洗后，實(shí)際的雜氣分壓應(yīng)為： 經(jīng)n次沖洗后，實(shí)際的雜氣分壓應(yīng)為：（49）圖104第五章 各種真空獲得手段的簡(jiǎn)介至今，還沒(méi)研制出一種能把一個(gè)容器從大氣抽至高真空或超高真空范圍的泵。雖然所有的真空泵都是用來(lái)減少氣相分子數(shù)，但是用來(lái)獲得低壓強(qiáng)的各類泵卻涉及了幾種不同的原理。真空抽氣則是以下述一個(gè)或幾個(gè)原理為根據(jù)的。 （1）氣體的壓縮和膨脹，運(yùn)用于活塞泵、液柱泵或液環(huán)泵、旋轉(zhuǎn)式機(jī)械泵、羅茨泵。 （）由粘滯效應(yīng)產(chǎn)生的曳力，運(yùn)用于蒸汽噴射泵中。 （）由擴(kuò)散效應(yīng)產(chǎn)生的曳力，運(yùn)用于蒸汽擴(kuò)散泵中。 （）分子曳力，運(yùn)用于分子泵中。（）電離效應(yīng)，運(yùn)用于離子泵中。（6）物理或化學(xué)吸著，運(yùn)用于吸附泵、低溫泵及吸氣劑泵中。抽氣原理的選擇或所用真空泵的選擇受特定參數(shù)的限制。這些參數(shù)主要是：極限壓強(qiáng)、壓強(qiáng)范圍、抽速、排氣壓強(qiáng)。在超高真空范圍內(nèi)，還要加上另外兩個(gè)參數(shù)：泵的抽氣選擇性及殘余氣體的成分。1、極限壓強(qiáng) 一個(gè)泵在其入口處所能達(dá)到的最低壓強(qiáng)取決于泵本身的漏氣，或泵所用液體的蒸汽壓強(qiáng)。這個(gè)最低壓強(qiáng)決定了能有效地使用各種抽氣方式的壓強(qiáng)范圍的低壓端（圖2）。2、壓強(qiáng)范圍一個(gè)單一泵的壓強(qiáng)范圍是指在這個(gè)范圍內(nèi)該泵的抽速可認(rèn)為是有效的?！皥D2”表示出了幾種泵在其壓強(qiáng)范圍內(nèi)的實(shí)際抽速與最大抽速之比的相對(duì)變化曲線。3、泵的抽速?gòu)摹皥D2”可知，泵的抽速不是恒定的，它是壓強(qiáng)的函數(shù)。有些泵（如旋轉(zhuǎn)式機(jī)械泵）的抽速壓強(qiáng)曲線是隨壓強(qiáng)的降低而下降；有些泵（如擴(kuò)散泵、羅茨泵）則是先隨壓強(qiáng)降低而上升，達(dá)到一個(gè)最高點(diǎn)，然后隨壓強(qiáng)降低而下降。 4、 排氣壓強(qiáng)排氣壓強(qiáng)是泵在這一壓強(qiáng)下可以進(jìn)行排氣的壓強(qiáng)。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，真空泵可大致分為三類：（1） 往大氣中排氣的泵。如旋轉(zhuǎn)式機(jī)械泵和噴射泵，這種泵一般稱為“粗抽泵”或“前級(jí)泵”。（2） 只往低于大氣壓的環(huán)境中排氣的泵。這種泵需要一個(gè)前級(jí)泵（串聯(lián)）向大氣中排氣。擴(kuò)散泵、羅茨泵及分子泵均屬于這種類型。它們都需要一個(gè)前級(jí)泵。（3）可束縛住系統(tǒng)中的氣體和蒸汽的泵。這種泵不需要出氣口，是根據(jù)電離或吸著原理制成的。其中，吸附泵是從大氣壓下工作的泵，不需要“前級(jí)泵”；各種類型的離子泵、低溫泵和吸氣劑泵則工作于高真空乃至超高真空，它們需要有“前級(jí)泵”先把容器抽至真空，但它們工作時(shí)前級(jí)泵必須用閥門隔離，因此，它們與“前級(jí)泵”是并聯(lián)使用的。由于真空泵的種類繁多，有些泵在電光源領(lǐng)域內(nèi)無(wú)用武之地；再考慮到各位已經(jīng)從各種專業(yè)書藉中了解到真空泵的一般知識(shí)，受篇幅所限，這里僅準(zhǔn)備有選擇地簡(jiǎn)介與電光源有關(guān)的真空泵的特殊知識(shí)（考慮到敘述的系統(tǒng)性難免也涉及到它們的一般知識(shí)）。51機(jī)械真空泵利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)）以獲得真空的泵統(tǒng)稱為機(jī)械真空泵。其中，常用于電光源的有：油封式旋轉(zhuǎn)機(jī)械真空泵、羅茨泵。511油封式旋轉(zhuǎn)機(jī)械真空泵（簡(jiǎn)稱“機(jī)械泵”）它是用油來(lái)保持密封的機(jī)械真空泵?？煞譃槎ㄆ?、旋片式、滑閥式等。其中，定片式機(jī)械泵雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命較長(zhǎng)和便于檢修，但由于抽速較小，目前，國(guó)內(nèi)外已少有廠家生產(chǎn)?；y式機(jī)械泵由于采用嚴(yán)密油封，可靠耐用，且傳動(dòng)部分采取了強(qiáng)制潤(rùn)滑，可以制成大抽速的泵，在電光源行業(yè)中有人用來(lái)作熒光燈圓排車的粗抽泵（俗稱“頭道泵”）。旋片式機(jī)械泵是電光源行業(yè)中使用最廣泛的機(jī)械泵。a， 氣體和蒸汽： 通常，我們把物質(zhì)的臨界溫度作為判斷氣態(tài)物質(zhì)是“氣體”還是“蒸汽”的標(biāo)準(zhǔn)?！皻怏w”：在臨界溫度以上的氣體，即單純?cè)黾訅毫Σ荒苁蛊湟夯臍怏w稱作“氣體”（“非可凝性氣體”或稱“永久性氣體”），室溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了He（267.91）、H2（239.91）、N2（147.13）、O2（118.82）、Ar（122.44）、Kr（62.6）等物質(zhì)的臨界溫度，故稱它們?yōu)椤坝谰脷怏w”?！罢羝保涸谂R界溫度以下的氣體，即單純?cè)黾訅毫湍苁蛊湟夯臍怏w，被稱作“蒸汽”。如H2O（374）和真空技術(shù)中常遇到的一些油蒸汽，它們的臨界溫度遠(yuǎn)超過(guò)室溫，故稱它們?yōu)椤罢羝?。b，機(jī)械泵不能大量抽除水蒸汽。這是因?yàn)樵?0下，水的飽和蒸汽壓P飽和=17.5托。當(dāng)它被壓縮至壓強(qiáng)等于泵溫（60）時(shí)的P飽和=149托時(shí)，就能在恒定的壓強(qiáng)下凝結(jié)成水滴，這時(shí)的泵內(nèi)總壓強(qiáng)還達(dá)不到能打開(kāi)“出氣閥”所需的760托。在普通機(jī)械泵內(nèi)，數(shù)百比1的壓縮比下，水蒸汽并不能以氣態(tài)的形式排出閥門，而只能呈液態(tài)顆?；烊胗椭?，破壞泵油固有的密封和潤(rùn)滑功能，會(huì)使泵內(nèi)壁生銹、油“皂化”。為克服這一弊病，在很多泵中加入了“氣鎮(zhèn)閥”。當(dāng)泵中水蒸汽含量較多時(shí)，便可以打開(kāi)“氣鎮(zhèn)閥”（由小孔向泵腔內(nèi)充入少量空氣），這時(shí)泵內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)提高了，這種空氣水蒸汽的混合物在泵腔內(nèi)壓縮時(shí)就會(huì)在較小壓縮比下總壓強(qiáng)超過(guò)760托，“出氣閥”被頂開(kāi)，這時(shí)，水蒸汽還沒(méi)被壓縮成液體（水）前就隨著由氣鎮(zhèn)閥充入的空氣被排出泵外。 “氣鎮(zhèn)”打開(kāi)后，機(jī)械泵的極限真空度要下降，泵溫將會(huì)上升，通常是在檢修或試車時(shí)可采取打開(kāi)“氣鎮(zhèn)”閥，使泵運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘的辦法，從而達(dá)到排除泵內(nèi)的和混入泵油中水蒸汽的目的，達(dá)到自凈化效果。c，有些機(jī)械泵標(biāo)有極限真空（分壓力）和（全壓力）兩項(xiàng)指標(biāo)。這是因?yàn)槌Ｓ玫臒崤颊婵沼?jì)和電阻真空計(jì)測(cè)得的是系統(tǒng)內(nèi)氣體和蒸汽的全壓力，往往極限真空達(dá)不到標(biāo)稱值。而以往機(jī)械泵的（分壓力）極限真空指標(biāo)是用壓縮式真空計(jì)（麥克勞計(jì)）測(cè)得的。測(cè)量時(shí)有一個(gè)氣體壓縮過(guò)程，被測(cè)空間內(nèi)存在的蒸汽（水、油等）就可能變成液態(tài)，因此它只能測(cè)出仍處于氣態(tài)的那些永久性氣體的分壓力。不過(guò)，這些年來(lái)一些生產(chǎn)廠家也紛紛用加冷阱的電阻真空計(jì)測(cè)機(jī)械泵的極限真空，這時(shí)，水蒸汽和油蒸汽便會(huì)凝結(jié)在冷阱內(nèi)，電阻真空計(jì)測(cè)得的便是永久氣體分壓力了。圖7 定片式泵的結(jié)構(gòu)1.進(jìn)氣管 2.彈簧 3.排氣管 4.杠桿 5.排氣閥 6.油標(biāo) 7.定片 8.轉(zhuǎn)子 9.泵腔 10.泵殼 11.放油塞圖9-a 旋片式泵的結(jié)構(gòu)1.進(jìn)氣管 2.濾網(wǎng) 3.加油螺塞 4.油標(biāo) 5.放油螺塞 6.旋片 7.彈簧 8.轉(zhuǎn)子 9.氣鎮(zhèn)閥 10.泵體 11.排氣閥 12,排氣管圖8 滑閥泵的結(jié)構(gòu)1.泵體 2.泵軸 3.偏心輪 4.滑閥環(huán) 5.滑閥桿 6.排氣管 7.滑閥導(dǎo)軌 8.進(jìn)氣管圖9-b 旋片泵抽氣過(guò)程圖9-c圖9-d圖10圖11從“圖11”中可見(jiàn)：（1）由于雙級(jí)泵克服了單級(jí)泵的弊病，極限真空度得到提高；（2）為抽除可凝性蒸汽（如水蒸汽），在打開(kāi)氣鎮(zhèn)閥后，極限真空度將會(huì)下降；（3）泵的抽速在高壓強(qiáng)時(shí)較大，隨著壓強(qiáng)降低而減小，達(dá)到極限真空時(shí)，抽速為零?！安繕?biāo)”規(guī)定2泵以10托、10-2托、10-3托三點(diǎn)處的抽速不得低于泵名義抽速的95、50和20，稱之為“抽降系數(shù)”。而德Leybold公司泵的“抽降系數(shù)”分別為90、57和40，說(shuō)明該公司的泵在10-210-3托間抽速下降比國(guó)產(chǎn)泵小，性能優(yōu)越；d，泵上所標(biāo)極是指對(duì)永久性氣體分壓而言的，一般在10-4托量級(jí)，是用旋轉(zhuǎn)麥?zhǔn)嫌?jì)測(cè)得的；而在實(shí)用中由于水蒸氣和油蒸氣的影響，若用Pirani計(jì)或熱偶計(jì)測(cè)量，測(cè)得的殘氣全壓強(qiáng)則只有10-210-3托。這就是我們用一般熱傳導(dǎo)式真空計(jì)往往測(cè)不到泵上標(biāo)稱的極限真空度的原因。目前，國(guó)外旋片泵均為“直聯(lián)泵”，從而降低了噪聲和振動(dòng)，減輕了重量和體積，也加裝了停泵時(shí)自動(dòng)防止油返流的裝置。國(guó)產(chǎn)的P15L/S旋片泵也有“直聯(lián)泵”產(chǎn)品，其中，北京儀器廠的直聯(lián)泵性能最好。近年來(lái)，德“Leybold”公司和日“ULVAC”公司已分別在天津、寧波建立合資廠生產(chǎn)直聯(lián)泵，“成都南光機(jī)器廠”則全套引進(jìn)瑞士“Balzers”公司技術(shù)，生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)也封閉在油箱內(nèi)的新型直聯(lián)式旋片泵。5. 2 羅 茨（Roots）泵：又稱“機(jī)械增壓泵”。它是利用兩個(gè)字形轉(zhuǎn)子在泵腔中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生吸氣和排氣作用的。其原理和羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似。它需要串聯(lián)前級(jí)泵。由于它在低壓強(qiáng)（10托）范圍內(nèi)工作，較大，氣體漏過(guò)微小縫隙的阻力很大，因而能獲得較高的壓縮比，可做為增壓真空泵使用。羅茨泵的特點(diǎn)是： （1）轉(zhuǎn)子與泵腔、轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間有一定的間隙（0.10.15mm），互不接觸，因而不需要用油潤(rùn)滑，泵的振動(dòng)也小。（2）轉(zhuǎn)子具有良好的幾何對(duì)稱性，可以提高轉(zhuǎn)速（3000r/min），從而能夠制成結(jié)構(gòu)緊湊的大抽速泵來(lái)。再被前級(jí)泵排走。（3）在泵腔內(nèi)并不發(fā)生象旋片式機(jī)械泵那樣的壓縮現(xiàn)象，因此，它不需要排氣閥，也正因如此，可抽除可凝性蒸氣（如水蒸氣）。（4）啟動(dòng)快，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到極限真空（一般Pu110-4托，較好的Pu可達(dá)10-6托量級(jí)），功率?。≒150L/S的羅茨泵，電動(dòng)機(jī)僅配3KW；而H150滑閥泵，要配17KW）、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用低。（5）在1010-2托壓強(qiáng)范圍內(nèi)有很大的抽速（見(jiàn)圖5）能迅速排出突然放出的氣體，正好彌補(bǔ)了機(jī)械泵和擴(kuò)散泵在這段壓強(qiáng)范圍內(nèi)抽速都很小的缺陷，很適合用在某些電光源的圓排車上（一臺(tái)泵抽幾個(gè)工位）。上管二廠由日“NEC”引進(jìn)的T10熒光燈圓排車和廣州燈泡廠由英國(guó)引進(jìn)的T12熒光燈圓排車中都使用了幾臺(tái)羅茨泵。近些年來(lái)，國(guó)產(chǎn)直管型熒光燈圓排車上也有不少用上了羅茨泵。 第六章 真空測(cè)量?jī)x器的簡(jiǎn)介在較高的壓強(qiáng)（76010-1托）情況下，作用于單位表面上的力可以直接測(cè)出，因而困難不大，精確度也可以較高；但在低壓情況下，壓強(qiáng)是如此微小以致根本不能使用機(jī)械方法來(lái)直接測(cè)定，這樣就要求用另外一些辦法主要是低壓下氣體的某些特性來(lái)作相應(yīng)的測(cè)定，而在測(cè)定的過(guò)程中不可避免地要在外界引入能量（熱能、電能、機(jī)械能等），這樣就同時(shí)造成了誤差的來(lái)源，因而，真空規(guī)比之于其他物理量的測(cè)定儀器，其準(zhǔn)確度顯然要低得多（除了基準(zhǔn)量具以外， 一般真空規(guī)的精確度不要求在10以內(nèi)），只不過(guò)是這樣的誤差基本上能滿足工程上的需要罷了。同樣的原因決定了各種真空規(guī)的不同量程、不同性能和不同的優(yōu)缺點(diǎn)，于是就出現(xiàn)了對(duì)于不同的真空系統(tǒng)要選擇合適的真空規(guī)的問(wèn)題。真空規(guī)是測(cè)量低于大氣壓的氣體全壓的儀器，一般包括規(guī)管和控制線路（即儀表）兩部分。真空規(guī)分兩大類：（1）絕對(duì)真空規(guī)：指的是從所測(cè)出的物理量就能直接計(jì)算出氣體壓力的真空規(guī)它們包括：形真空規(guī)和壓縮式真空規(guī)（又稱“麥克勞真空規(guī)”）； （2）相對(duì)真空規(guī)：是輸出信號(hào)與氣體壓力之間的關(guān)系要用真空測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定后才能確定的真空規(guī)。其余的真空規(guī)均屬于相對(duì)真空規(guī)。在這些相對(duì)真空規(guī)中，有三種規(guī)的測(cè)量值與被測(cè)氣體的種類無(wú)關(guān)。它們是：）指針式真空壓力表；）電容薄膜真空規(guī)；c）壓阻式真空規(guī)。它們都是利用彈性元件在壓差作用下產(chǎn)生的彈性形變來(lái)測(cè)量真空系統(tǒng)內(nèi)壓力的。其余的相對(duì)真空規(guī)又可按工作原理分為四大類：（1） 利用氣體的阻尼作用測(cè)量真空度的，有：振膜式真空規(guī)和磁懸浮轉(zhuǎn)子真空規(guī)；（2） 利用氣體在低壓強(qiáng)下的放電現(xiàn)象來(lái)估計(jì)真空度的是：放電管真空規(guī)；（3） 利用氣體的熱傳導(dǎo)作用來(lái)測(cè)量真空度的：電阻真空計(jì)（Pirani計(jì)）和熱偶真空計(jì)；（4） 利用氣體分子在低壓強(qiáng)下的電離現(xiàn)象測(cè)量真空度的有：普通熱陰極真空規(guī)、中真空規(guī)、放射線真空規(guī)、冷陰極電離規(guī)（Penning規(guī)）、冷陰極磁控電離規(guī)、規(guī)及其一系列的改進(jìn)型規(guī)管（抑制規(guī)、分離規(guī)、彎注規(guī)等）。受篇幅限制，本文僅就目前電光源行業(yè)（包括實(shí)驗(yàn)室內(nèi)）常用的真空規(guī)作些介紹。61 U形壓力計(jì)：U形壓力計(jì)采用汞或低蒸汽壓油（如275硅油）作為工作液體，從這種壓力計(jì)的兩個(gè)支管的液面高度差可計(jì)算出兩個(gè)支管液面上的壓力差（）： 1一2h（9） 式中。工作液體的密度；重力加速度。圖37圖38圖39圖40圖41（19）式表明，形壓力計(jì)是一種絕對(duì)真空規(guī)。對(duì)油形壓力計(jì)來(lái)說(shuō)，因275硅油的密度（1.092）約為汞密度（13.55）的，所以它的靈敏度要比水銀形壓力計(jì)高12.4倍。在真空測(cè)量中，通常所用的形壓力計(jì)有如下幾種形式：“圖37”為開(kāi)管式形壓力計(jì)，它是一種以大氣壓作為參考?jí)毫Φ男螇毫τ?jì)。“圖38”為閉管式形壓力計(jì)，其封閉支管事先抽成真空，其中的氣體壓力與被測(cè)氣體壓力相比，可以忽略?！皥D39”是采用電學(xué)方法測(cè)量液面差的水銀形壓力計(jì)，它的兩個(gè)支管中裝有電阻絲（鎢絲或鉑絲），隨著水銀液面的上升或下降，絲的電阻值隨之減小或增大，以此來(lái)測(cè)出兩液面差。“圖40”是傾斜式形壓力計(jì)。它是根據(jù)所測(cè)出的由sin來(lái)計(jì)算出液面差的。此種結(jié)構(gòu)形式可提高靈敏度10倍。“圖41”是一種參考端支管可在測(cè)量前抽真空的油形壓力計(jì)。“圖37”和“圖41”所示的兩種形壓力計(jì)在電光源器件的長(zhǎng)排車中常用。除通常工業(yè)上使用的U形壓力計(jì)外，特殊設(shè)計(jì)的精密形壓力計(jì)（液面差由專用的光學(xué)高度計(jì)測(cè)量）可作為76010-3托壓強(qiáng)范圍的真空測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。它的歷史悠久，經(jīng)受了長(zhǎng)期實(shí)踐的考驗(yàn)，被公認(rèn)為是真空測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中最成熟、可靠性最高的標(biāo)準(zhǔn)。精密U形壓力計(jì)是真空測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，而另外三種主要真空測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)都可以說(shuō)是它的發(fā)展。壓縮式真空規(guī)可認(rèn)為是“具有放大系數(shù)的U形壓力計(jì)”；膨脹式校準(zhǔn)系統(tǒng)的前級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是精密U形壓力計(jì)；動(dòng)態(tài)流量法校準(zhǔn)系統(tǒng)的上游標(biāo)準(zhǔn)是壓縮式真空規(guī)或精密U形壓力計(jì)。62 薄膜真空規(guī)和壓阻式真空規(guī)：用金屬?gòu)椥员∧ぐ岩?guī)分隔成兩個(gè)小室，一側(cè)接被測(cè)系統(tǒng)，另一側(cè)作為“參考?jí)毫κ摇痹撌覒?yīng)長(zhǎng)期維持在10-5托，可以做成是準(zhǔn)靜態(tài)真空室（內(nèi)裝非蒸散型吸氣劑），也可以是動(dòng)態(tài)真空，測(cè)量時(shí)由高真空系統(tǒng)抽氣。當(dāng)壓力變化時(shí)薄膜隨之變形，其變形量被轉(zhuǎn)換成電容量的變化用電學(xué)方法來(lái)測(cè)量的稱為電容薄膜規(guī)（圖42）。而壓阻規(guī)的傳感器結(jié)構(gòu)與薄膜規(guī)大同小異，壓阻規(guī)用“硅環(huán)膜片”代替薄膜規(guī)中的金屬?gòu)椥员∧?。它是利用集成電路的擴(kuò)散工藝將四個(gè)等值電阻做在一塊硅片薄膜上，連接為平衡電橋。硅膜片利用機(jī)械加工和化學(xué)腐蝕方法制成硅環(huán)，然后用金硅共熔工藝或用其他特殊工藝將硅環(huán)與襯片燒結(jié)在一起?！肮璀h(huán)膜片”內(nèi)側(cè)為標(biāo)準(zhǔn)壓力（10-5托），外側(cè)為被測(cè)壓力（圖43）。當(dāng)硅膜片外側(cè)的壓力變化時(shí)，由于硅的壓阻效應(yīng)使電橋四個(gè)臂的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，得到對(duì)應(yīng)于被測(cè)壓力的電壓信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器、控制單元、顯示單元等，顯示出相應(yīng)的壓力數(shù)值。這兩種規(guī)的共同特點(diǎn)是靈敏度與被測(cè)氣體種類無(wú)關(guān)，線性測(cè)量精度高，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。高級(jí)的（實(shí)驗(yàn)室級(jí)）電容薄膜規(guī)還可以作為粗低真空的副標(biāo)準(zhǔn)和傳遞標(biāo)準(zhǔn)。這兩種規(guī)均有對(duì)環(huán)境溫度敏感的特點(diǎn)，因此，在有些電容薄膜規(guī)上加有“溫包”，使規(guī)管維持在固定溫度下，以不受環(huán)境溫度變化的影響。6. 3 熱偶式真空規(guī)和電阻真空規(guī)：這兩種真空規(guī)都是利用氣體的熱傳導(dǎo)作用來(lái)測(cè)量真空度的。“圖44”示出了熱偶規(guī)的結(jié)構(gòu)，是加熱絲（鉑絲），是熱偶（康銅一鎳鉻絲）。多數(shù)熱偶規(guī)是按定流型的方式工作的，即加熱電流為常數(shù)。因加熱絲的溫度是隨壓強(qiáng)而變化的，所以可用熱偶來(lái)測(cè)量熱絲溫度，此時(shí)輸出信號(hào)為熱電勢(shì)E。“圖45”是熱偶規(guī)的校準(zhǔn)曲線。國(guó)產(chǎn)型熱偶規(guī)的加熱電流約在95150之間，量程為10-3托。由于它是非線性的，所以指針式熱偶計(jì)的電表刻度也是不均勻的；數(shù)顯式熱偶計(jì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換后，可顯示較精確的讀數(shù)。熱偶規(guī)的缺點(diǎn)是量程窄，熱慣性大、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性差，精度不高。但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，因此，還有一定市場(chǎng)。電阻式真空計(jì)是Pirani在1906年發(fā)明的，故又稱皮拉尼規(guī)。這種規(guī)的熱絲溫度是隨壓力而變化的，由于溫度的改變導(dǎo)致熱絲電阻的變化來(lái)測(cè)量真空度。此規(guī)要求熱絲具有大的電阻溫度系數(shù)，以提高靈敏度；還要求熱絲具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，以減少零點(diǎn)漂移。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前電阻式真空規(guī)的壓強(qiáng)測(cè)量范圍已拓寬至760110-3托。由“圖48”可知，它同熱偶規(guī)一樣，校準(zhǔn)曲線也是非線性的，現(xiàn)用數(shù)顯式儀表后，讀數(shù)亦方便了。由“圖49”可知，該計(jì)的測(cè)量值與被測(cè)氣體的種類有關(guān)，尤其是在托以后更為明顯。這種情況在熱偶式真空規(guī)中同樣存在。電阻式真空規(guī)的優(yōu)點(diǎn)是量程寬、反應(yīng)時(shí)間快。因而，在電光源行業(yè)普遍采用。圖49圖50圖48圖49圖50圖42圖43圖44圖45圖46圖473.第七章. 真空計(jì)量與校準(zhǔn)：（從略）內(nèi)容包括：81絕對(duì)真空規(guī)比對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)；82 膨脹式校準(zhǔn)系統(tǒng)； 83動(dòng)態(tài)流量法校準(zhǔn)系統(tǒng)；當(dāng)然，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)線上用的相對(duì)真空規(guī)有時(shí)也用副標(biāo)準(zhǔn)真空規(guī)對(duì)比校準(zhǔn)。附：ISODIS3567-2005 Vacuum gaugesCalibration by direct comparisonWith a reference gauge （中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 于紅燕翻譯） ISO DIS35682005 真空計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)直接比對(duì)的校準(zhǔn) 第八章 . 真空系統(tǒng)在安裝、調(diào)試中的注意事項(xiàng)：8. 1 清潔處理：要裝配到高真空中去的零件，必須事先非常小心地進(jìn)行清潔處理。原因是：第一， 各種污染將成為大量氣體和蒸氣的來(lái)源；第二， 污染可以使元件本身變質(zhì)（如：陰極毒化、電極漏電、某些部分產(chǎn)生不必要的次級(jí)發(fā)射等）。在各種清潔處理的方法中，一般以化學(xué)處理為主（常用汽油、丙酮去油，再用無(wú)水酒精脫水，最后要烘干或吹干）。在清潔處理中用作沖洗的水，最后一道一定要蒸餾水或去離子水。因?yàn)樗|(zhì)如不干凈，則雜質(zhì)還會(huì)沾污材料。這里介紹對(duì)真空橡皮的清洗方法二則：）未處理的新橡膠放氣量很大，為降低放氣率，必須先用的（）溶液清洗，隨之用蒸餾水清洗，然后用潔凈空氣吹干。）用于與水銀接觸的橡膠， 必須在下， 用的O溶液處理至少小時(shí)，這樣，橡膠再與水銀接觸，也不會(huì)被污染了。8. 2 試抽與部件檢漏：對(duì)外購(gòu)的或重新整修過(guò)的真空泵應(yīng)試抽（有條件的話，最好測(cè)試u和p），檢測(cè)它們的性能是否達(dá)標(biāo)。 在總裝前，必須對(duì)閥門、冷阱和管道等真空部件也應(yīng)逐個(gè)檢漏，閥門應(yīng)分別在開(kāi)、關(guān)狀態(tài)下檢漏。最好用氦質(zhì)譜儀檢漏，如遇被檢件形狀特殊或條件不允許時(shí)，也應(yīng)尋找檢漏靈敏度相對(duì)高的方法檢漏。 8. 3 總裝后，再進(jìn)行整套系統(tǒng)檢漏（用氦質(zhì)譜儀或電離計(jì)法檢漏）在確認(rèn)無(wú)漏氣后，可采用加熱烘烤、氮?dú)鉀_洗及輝光放電等方法除氣，以使設(shè)備達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第九章 構(gòu)成真空系統(tǒng)的材料、真空密封和其他真空元件 91 . 真空系統(tǒng)的材料：包括真空規(guī)管、真空泵、真空管道和真空應(yīng)用設(shè)備（如排氣車、真空爐等）的殼體，以及各種固定、活動(dòng)、可拆連接機(jī)構(gòu)、各類真空獲得手段的工作物質(zhì)，等等。在上述應(yīng)用中，除了對(duì)材料的物理、化學(xué)、機(jī)械、電氣、熱學(xué)等性能有各種不同的要求之外，還對(duì)材料真空性能有特殊的要求，如：氣密性和低的滲氣性能，溶解氣體量少和較低的放氣速率、低蒸氣壓和低分解壓力等等。（1）殼體材料：主要是金屬和玻璃。金屬的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械強(qiáng)度好；容易實(shí)現(xiàn)高精度加工