熱傳導(dǎo)真空計(jì)的測(cè)量范圍
1、壓力測(cè)量下限
在低壓力下(λ ≥r2),氣體熱傳導(dǎo)散失的熱量Qg與壓力p有關(guān);而熱絲引線熱傳導(dǎo)和熱輻射散失的熱量QL、Qr與壓力無(wú)直接關(guān)系(可能有一些次級(jí)效應(yīng))。當(dāng)壓力p更低時(shí)(λ》r2)Qg變小,并引起熱絲溫度變化,如果這種變化已無(wú)法從噪聲中檢測(cè)出來(lái),則此壓力即是測(cè)量的下限。此時(shí)熱絲的平衡溫度T1主要決定于QL和Qr。一般的熱傳導(dǎo)真空計(jì)的測(cè)量下限為10-1~10-2 Pa。
為了擴(kuò)展熱傳導(dǎo)真空計(jì)的測(cè)量下限,必須提高Qg并設(shè)法降低QL和Qr。根據(jù)式(4-1),選用細(xì)而長(zhǎng)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(shí),還必須考慮機(jī)械強(qiáng)度、電阻溫度特性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等因素。
根據(jù)式(4-2),為了降低Qr,應(yīng)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(shí)還要綜合考慮其他一些因素,如T1、T2、r1及L等對(duì)Qg的影響。
選用適應(yīng)系數(shù)α1大的材料或通過(guò)對(duì)材料表面進(jìn)行處理的方法提高 α1,均可提高 Qg。但考慮到熱絲的機(jī)械強(qiáng)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(guān)系,所以增大溫度時(shí),Qr比Qg增大得更快。為便于綜合考慮,可假設(shè)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(shí)既不方便也不經(jīng)濟(jì),還有可能出現(xiàn)被測(cè)氣體凝結(jié)等現(xiàn)象,故一般情況很少采用。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.jnannai.com/)認(rèn)為實(shí)用的熱傳導(dǎo)真空計(jì)規(guī)管溫度T2 =T0(室溫),熱絲溫度T1通常取100~ 200℃。
2、壓力測(cè)量上限
根據(jù)圓筒系統(tǒng)熱傳導(dǎo)的理論,對(duì)于熱絲半徑r1遠(yuǎn)小于管殼半徑r2的圓筒系統(tǒng),當(dāng)λ≥r1時(shí),其熱傳導(dǎo)與壓力有關(guān)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.jnannai.com/)認(rèn)為這主要是由于在r1《r2的情況下,分子碰撞管壁的幾率遠(yuǎn)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(shí),則碰撞熱絲返回的分子,在其第一個(gè)自由程所碰撞的分子將是“熱”的,此時(shí),它必須經(jīng)過(guò)多次碰撞才能喪失其偏高的熱量。因此,對(duì)應(yīng)于λ =r1的壓力就是熱傳導(dǎo)真空計(jì)壓力測(cè)量上限的理論值。實(shí)際的壓力測(cè)量上限與規(guī)管結(jié)構(gòu)和測(cè)量線路有關(guān),可采取措施擴(kuò)展壓力測(cè)量上限。其辦法包括:適當(dāng)提高熱絲的工作溫度;采用細(xì)而短的熱絲;利用熱對(duì)流現(xiàn)象等。采用這些方法后,壓力測(cè)量上限可延伸至103~104Pa,甚至可達(dá)0.1MPa。