熱傳導真空計的測量范圍
1、壓力測量下限
在低壓力下(λ ≥r2),氣體熱傳導散失的熱量Qg與壓力p有關;而熱絲引線熱傳導和熱輻射散失的熱量QL、Qr與壓力無直接關系(可能有一些次級效應)。當壓力p更低時(λ》r2)Qg變小,并引起熱絲溫度變化,如果這種變化已無法從噪聲中檢測出來,則此壓力即是測量的下限。此時熱絲的平衡溫度T1主要決定于QL和Qr。一般的熱傳導真空計的測量下限為10-1~10-2 Pa。
為了擴展熱傳導真空計的測量下限,必須提高Qg并設法降低QL和Qr。根據(jù)式(4-1),選用細而長的熱絲,或選用λL小的熱絲材料,均能降低 QL。但選擇熱絲材料時,還必須考慮機械強度、電阻溫度特性、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等因素。
根據(jù)式(4-2),為了降低Qr,應選用表面全輻射系數(shù)ε1小的材料作熱絲,而管壁內(nèi)表面的全輻射系數(shù)ε2愈大愈好。同時還要綜合考慮其他一些因素,如T1、T2、r1及L等對Qg的影響。
選用適應系數(shù)α1大的材料或通過對材料表面進行處理的方法提高 α1,均可提高 Qg。但考慮到熱絲的機械強度等因素,提高α1是有限的。
增大L既能提高Qg又可降低QL;增大r2或提高溫差,雖然能增大Qg,但與降低QL和Qr有矛盾,須折中考慮。由于Qr與溫度呈四次方的關系,所以增大溫度時,Qr比Qg增大得更快。為便于綜合考慮,可假設ε1 =ε2,則有
根據(jù)式(4-7),選用足夠低的T2和不太高的T1值,可提高Qg/Qr。將管殼浸于冷劑中可使T2大大降低,但使用時既不方便也不經(jīng)濟,還有可能出現(xiàn)被測氣體凝結等現(xiàn)象,故一般情況很少采用。真空技術網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)認為實用的熱傳導真空計規(guī)管溫度T2 =T0(室溫),熱絲溫度T1通常取100~ 200℃。
2、壓力測量上限
根據(jù)圓筒系統(tǒng)熱傳導的理論,對于熱絲半徑r1遠小于管殼半徑r2的圓筒系統(tǒng),當λ≥r1時,其熱傳導與壓力有關。真空技術網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)認為這主要是由于在r1《r2的情況下,分子碰撞管壁的幾率遠大于碰撞熱絲的幾率,故氣體溫度近似等于管壁溫度 T2。只是在離熱絲較近的距離內(nèi),氣體溫度才有劇變。
如果壓力再高,以至于λ<r1時,則碰撞熱絲返回的分子,在其第一個自由程所碰撞的分子將是“熱”的,此時,它必須經(jīng)過多次碰撞才能喪失其偏高的熱量。因此,對應于λ =r1的壓力就是熱傳導真空計壓力測量上限的理論值。實際的壓力測量上限與規(guī)管結構和測量線路有關,可采取措施擴展壓力測量上限。其辦法包括:適當提高熱絲的工作溫度;采用細而短的熱絲;利用熱對流現(xiàn)象等。采用這些方法后,壓力測量上限可延伸至103~104Pa,甚至可達0.1MPa。