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真空概念及真空計算公式
日期：2024-10-29 08:24
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摘要：
真空概念及真空計算公式
1、真空的定義
真空系統(tǒng)指低于該地區(qū)大氣壓的稀簿氣體狀態(tài)
2、真空度
處于真空狀態(tài)下的氣體稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”來表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。
3、真空度單位
通常用托（Torr）為單位，近年上取用帕（Pa）作為單位。
1托＝1/760大氣壓＝1毫米汞柱
4、托與帕的轉(zhuǎn)換
1托＝133.322帕 或 1帕＝7.5×10-3托
5、平均自由程
作無規(guī)則熱運動的氣體粒子，相繼兩次碰撞所飛越的平均距離，用符號“λ”表示。
6、流量
單位時間流過任意截面的氣體量，符號用“Q”表示，單位為帕·升/秒（Pa·L/s）或托·升/秒（Torr·L/s）。
7、流導
表示真空管道通過氣體的能力。單位為升/秒（L/s），在穩(wěn)定狀態(tài)下，管道流導等于管道流量除以管道兩端壓強差。
符號記作“U”。 U＝Q/(P2- P1)
8、壓力或壓強
氣體分子作用于容器壁的單位面積上的力，用“P”表示。
9、標準大氣壓
壓強為每平方厘米101325達因的氣壓，符號：（Atm）。
10、極限真空
真空容器經(jīng)充分抽氣后，穩(wěn)定在某一真空度，此真空度稱為極限真空。通常真空容器須經(jīng)12小時煉氣，再經(jīng)12小時抽真空，后一個小時每隔10分鐘測量一次，取其10次的平均值為極限真空值。
11、抽氣速率
在一定的壓強和溫度下，單位時間內(nèi)由泵進氣口處抽走的氣體稱為抽氣速率，簡稱抽速。即Sp＝Q/（P－P0）
12、熱偶真空計
利用熱電偶的電勢與加熱元件的溫度有關，元件的溫度又與氣體的熱傳導有關的原理來測量真空度的真空計
13、電離真空計（又收熱陰極電離計）
由筒狀收集極，柵網(wǎng)和位于柵網(wǎng)中心的燈絲構(gòu)成，筒狀收集極在柵網(wǎng)外面。熱陰極發(fā)射電子電離氣體分子，離子被收集極收集，根據(jù)收集的離子流大小來測量氣體壓強的真空計。
14、復合真空計
由熱偶真空計與熱陰極電離真空計組成，測量范圍從大氣~10-5Pa。
15、冷陰極電離計
陽極筒的兩端有一對陰極板，在外加磁場作用，陽極筒內(nèi)形成潘寧放電產(chǎn)生離子，根據(jù)陰極板收集的離子流的大小來測定氣體壓強的真空計。
16、電阻真空計
利用加熱元件的電阻與溫度有關，元件的溫度又與氣體傳導有關的原理，通過電橋電路來測量真空度的真空計。
17、麥克勞真空計（壓縮式真空計）
將待測的氣體用汞（或油）壓縮到一極小體積，然后比較開管和閉管的液柱差，利用玻義爾定律直接算出氣體壓強的一種真空計。
18、B－A規(guī)
這是一種陰極與收集極倒置的熱陰極電離規(guī)。收集極是一根細絲，放在柵網(wǎng)中心，燈絲放在柵網(wǎng)外面，因而減少軟X射線影響，延伸測量下限，可測真空。
19、水環(huán)真空泵
泵的葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生水環(huán)。由于轉(zhuǎn)子偏心旋轉(zhuǎn)而使水環(huán)與葉片間容積發(fā)生周期性改變而進行抽氣的機械真空泵。
20、往復真空泵
利用活塞的往復運動而進行抽氣的機械真空泵。
21、油封機械真空泵
用油來保持密封的機械真空泵，可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式等。
22、羅茨真空泵
具有一對同步高速旋轉(zhuǎn)的鞋底形轉(zhuǎn)子的機械真空泵，此泵不可以單獨抽氣，前級需配油封、水環(huán)等可直排大氣的真空泵。
23、渦輪分子真空泵
有一高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，當氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片相碰撞時就被驅(qū)向出氣口再由前級泵抽除。
24、油擴散真空泵
擴散泵噴口中噴出高速蒸汽流。在分子流條件下，氣體分子不斷地向蒸流中擴散，并被蒸汽帶向泵處逐級被壓縮后再由前級泵排除
25、低溫真空泵
利用20K以下的低溫表面凝聚吸附氣體的真空泵。
26、冷阱（水冷擋板）
置于真空容器和泵之間，用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置。
27、氣鎮(zhèn)閥
油封機械真空泵的壓縮室上開一小孔，并裝上調(diào)節(jié)閥，當打開閥并調(diào)節(jié)入氣量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一位置，空氣就通過此孔摻入壓縮室以降低壓縮比，從而使大部分蒸汽不致凝結(jié)而和摻入的氣體一起被排除泵外起此作用的閥門稱為氣鎮(zhèn)閥。
28、真空冷凍干燥
真空冷凍干燥，也稱升華干燥。其原理是將材料冷凍，使其含有的水份變成冰塊，然后在真空下使冰升華而達到干燥目的。
29、真空蒸鍍
在真空環(huán)境中，將材料加熱并鍍到基片上稱為真空蒸鍍，或叫真空鍍膜。
30、真空干燥
利用真空環(huán)境下沸點低的特點來干燥物品的方法。
31、真空系統(tǒng)常用名稱
(1)主泵：在真空系統(tǒng)中，用于獲得所需要真空度來滿足特定工藝要求的真空泵，如真空鍍膜機中的油擴散泵就是主泵。
(2)前級泵：用于維持某一真空泵前級壓強低于其臨界前級壓強的真空泵。如羅茨泵前配置的旋片或滑閥泵就是前級泵。
(3)粗抽泵：從大氣壓下開始抽氣，并將系統(tǒng)壓力抽到另一真空泵開始工作的真空泵。如真空鍍膜機中的滑閥泵，就是粗油泵。
(4)維持泵：在真空系統(tǒng)中，氣量很小時，不能地利用前級泵。為此配置一種容量較小的輔助泵來維持主泵工作，此泵叫維持泵。如擴散泵處配一臺小型旋片泵，就是維持泵。
真空計算公式
1、玻義爾定律
體積V，壓強P，P·V＝常數(shù)
一定質(zhì)量的氣體，當溫度不變時，氣體的壓強與氣體的體積成反比。
即P1/P2＝V2/V1
2、蓋·呂薩克定律
當壓強P不變時，一定質(zhì)量的氣體，其體積V與溫度T成正比：
V1/V2＝T1/T2＝常數(shù)
當壓強不變時，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或P降低)1℃，則它的體積比原來增加(或縮小)1/273。
3、查理定律
當氣體的體積V保持不變，一定質(zhì)量的氣體，壓強P與其溫度T成正比，即：
P1/P2＝T1/T2
在一定的體積下，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或降低)1℃，它的壓強比原來增加(或減少)1/273。
4、平均自由程：
λ＝(5×10-3)/P (cm)
5、抽速：
S＝dv/dt (升/秒)或 S＝Q/P
Q＝流量(托·升/秒) P＝壓強(托) V＝體積(升) t＝時間(秒)
6、通導：
C＝Q/(P2-P1) (升/秒)
7、真空抽氣時間：
對于從大氣壓到1托抽氣時間計算式：
t＝8V/S (經(jīng)驗公式)
V為體積，S為抽氣速率，通常t在5~10分鐘內(nèi)選擇。
8、維持泵選擇：
S維＝S前/10
9、擴散泵抽速估算：
S＝3D2 (D＝直徑cm）
10、羅茨泵的前級抽速：
S＝(0.1~0.2)S羅 (l/s)
11、漏率：
Q漏＝V(P2-P1)/(t2-t1)
Q漏－系統(tǒng)漏率(mmHg·l/s)
V－系統(tǒng)容積(l)
P1－真空泵停止時系統(tǒng)中壓強(mmHg)
P2－真空室經(jīng)過時間t后達到的壓強(mmHg)
t－壓強從P1升到P2經(jīng)過的時間(s)
12、粗抽泵的抽速選擇：
S＝Q1/P預 (l/s)
S=2.3V·lg(Pa/P預)/t
S－機械泵抽速
Q1－真空系統(tǒng)漏氣率(托·升/秒)
P預－需要達到的預真空度(托)
V－真空系統(tǒng)容積(升)
t－達到P預時所需要的時間
Pa－大氣壓值(托）
13、前級泵抽速選擇：
排氣口壓力低于一個大氣壓的傳輸泵如擴散泵、油增壓泵、羅茨泵、渦輪分子泵等，它們工作時需要前級泵來維持其前級壓力低于臨界值，選用的前級泵必須能將主泵的大氣體量排走，根據(jù)管路中，各截面流量恒等的原則有：
PnSg≥PgS 或
Sg≥Pgs/Pn
Sg－前級泵的抽速(l/s)
Pn－主泵臨界前級壓強(大排氣壓強)(l/s)
Pg－真空室高工作壓強(托)
S－主泵工作時在Pg時的抽速。(l/s)
14、擴散泵抽速計算公式：
S＝Q/P＝(K·n)/(P·t)(升/秒)
式中：S－被試泵的抽氣速率(l/s)
n－滴管內(nèi)油柱上升格數(shù)(格)
t－油柱上升n格所需要的時間(秒)
P－在泵口附近測得的壓強(托)
K－滴管系數(shù)(托·升/秒)
K＝V0·(L/n)·(Υ0/Υm)+Pa△Vt
其中V0－滴管和真空膠管的原始容積(升)
L－滴管刻度部分的長度(mm)
n－滴管刻度部分的格數(shù)(格)
Υ0－油的比重(克/厘米3)
Υm－汞的比重(克/厘米3)
Pa－當?shù)卮髿鈮簭?托)
△Vt－滴管的刻度上的一格的對應的容積(升/格)
15、旋片真空泵的幾何抽速計算公式：
S＝πZnLKv(D2-d2)/(24×104) (l/s)
式中：Z為旋片數(shù)，n為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)，L為泵腔長度，D為泵腔直徑，d為轉(zhuǎn)子直徑(cm)，Kv為容積利用系數(shù)(一般取95％)。
16、O型橡膠槽深B＝0.7D
D為橡膠直徑，槽寬C＝1.6B
17、方形橡膠槽深B＝0.8A
A為方形橡膠邊長，槽寬C＝1.67B
真空系統(tǒng)指低于該地區(qū)大氣壓的稀簿氣體狀態(tài)
2、真空度
處于真空狀態(tài)下的氣體稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”來表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。
3、真空度單位
通常用托（Torr）為單位，近年上取用帕（Pa）作為單位。
1托＝1/760大氣壓＝1毫米汞柱
4、托與帕的轉(zhuǎn)換
1托＝133.322帕 或 1帕＝7.5×10-3托
5、平均自由程
作無規(guī)則熱運動的氣體粒子，相繼兩次碰撞所飛越的平均距離，用符號“λ”表示。
6、流量
單位時間流過任意截面的氣體量，符號用“Q”表示，單位為帕·升/秒（Pa·L/s）或托·升/秒（Torr·L/s）。
7、流導
表示真空管道通過氣體的能力。單位為升/秒（L/s），在穩(wěn)定狀態(tài)下，管道流導等于管道流量除以管道兩端壓強差。
符號記作“U”。 U＝Q/(P2- P1)
8、壓力或壓強
氣體分子作用于容器壁的單位面積上的力，用“P”表示。
9、標準大氣壓
壓強為每平方厘米101325達因的氣壓，符號：（Atm）。
10、極限真空
真空容器經(jīng)充分抽氣后，穩(wěn)定在某一真空度，此真空度稱為極限真空。通常真空容器須經(jīng)12小時煉氣，再經(jīng)12小時抽真空，后一個小時每隔10分鐘測量一次，取其10次的平均值為極限真空值。
11、抽氣速率
在一定的壓強和溫度下，單位時間內(nèi)由泵進氣口處抽走的氣體稱為抽氣速率，簡稱抽速。即Sp＝Q/（P－P0）
12、熱偶真空計
利用熱電偶的電勢與加熱元件的溫度有關，元件的溫度又與氣體的熱傳導有關的原理來測量真空度的真空計
13、電離真空計（又收熱陰極電離計）
由筒狀收集極，柵網(wǎng)和位于柵網(wǎng)中心的燈絲構(gòu)成，筒狀收集極在柵網(wǎng)外面。熱陰極發(fā)射電子電離氣體分子，離子被收集極收集，根據(jù)收集的離子流大小來測量氣體壓強的真空計。
14、復合真空計
由熱偶真空計與熱陰極電離真空計組成，測量范圍從大氣~10-5Pa。
15、冷陰極電離計
陽極筒的兩端有一對陰極板，在外加磁場作用，陽極筒內(nèi)形成潘寧放電產(chǎn)生離子，根據(jù)陰極板收集的離子流的大小來測定氣體壓強的真空計。
16、電阻真空計
利用加熱元件的電阻與溫度有關，元件的溫度又與氣體傳導有關的原理，通過電橋電路來測量真空度的真空計。
17、麥克勞真空計（壓縮式真空計）
將待測的氣體用汞（或油）壓縮到一極小體積，然后比較開管和閉管的液柱差，利用玻義爾定律直接算出氣體壓強的一種真空計。
18、B－A規(guī)
這是一種陰極與收集極倒置的熱陰極電離規(guī)。收集極是一根細絲，放在柵網(wǎng)中心，燈絲放在柵網(wǎng)外面，因而減少軟X射線影響，延伸測量下限，可測真空。
19、水環(huán)真空泵
泵的葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生水環(huán)。由于轉(zhuǎn)子偏心旋轉(zhuǎn)而使水環(huán)與葉片間容積發(fā)生周期性改變而進行抽氣的機械真空泵。
20、往復真空泵
利用活塞的往復運動而進行抽氣的機械真空泵。
21、油封機械真空泵
用油來保持密封的機械真空泵，可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式等。
22、羅茨真空泵
具有一對同步高速旋轉(zhuǎn)的鞋底形轉(zhuǎn)子的機械真空泵，此泵不可以單獨抽氣，前級需配油封、水環(huán)等可直排大氣的真空泵。
23、渦輪分子真空泵
有一高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，當氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片相碰撞時就被驅(qū)向出氣口再由前級泵抽除。
24、油擴散真空泵
擴散泵噴口中噴出高速蒸汽流。在分子流條件下，氣體分子不斷地向蒸流中擴散，并被蒸汽帶向泵處逐級被壓縮后再由前級泵排除
25、低溫真空泵
利用20K以下的低溫表面凝聚吸附氣體的真空泵。
26、冷阱（水冷擋板）
置于真空容器和泵之間，用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置。
27、氣鎮(zhèn)閥
油封機械真空泵的壓縮室上開一小孔，并裝上調(diào)節(jié)閥，當打開閥并調(diào)節(jié)入氣量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一位置，空氣就通過此孔摻入壓縮室以降低壓縮比，從而使大部分蒸汽不致凝結(jié)而和摻入的氣體一起被排除泵外起此作用的閥門稱為氣鎮(zhèn)閥。
28、真空冷凍干燥
真空冷凍干燥，也稱升華干燥。其原理是將材料冷凍，使其含有的水份變成冰塊，然后在真空下使冰升華而達到干燥目的。
29、真空蒸鍍
在真空環(huán)境中，將材料加熱并鍍到基片上稱為真空蒸鍍，或叫真空鍍膜。
30、真空干燥
利用真空環(huán)境下沸點低的特點來干燥物品的方法。
31、真空系統(tǒng)常用名稱
(1)主泵：在真空系統(tǒng)中，用于獲得所需要真空度來滿足特定工藝要求的真空泵，如真空鍍膜機中的油擴散泵就是主泵。
(2)前級泵：用于維持某一真空泵前級壓強低于其臨界前級壓強的真空泵。如羅茨泵前配置的旋片或滑閥泵就是前級泵。
(3)粗抽泵：從大氣壓下開始抽氣，并將系統(tǒng)壓力抽到另一真空泵開始工作的真空泵。如真空鍍膜機中的滑閥泵，就是粗油泵。
(4)維持泵：在真空系統(tǒng)中，氣量很小時，不能地利用前級泵。為此配置一種容量較小的輔助泵來維持主泵工作，此泵叫維持泵。如擴散泵處配一臺小型旋片泵，就是維持泵。
真空計算公式
1、玻義爾定律
體積V，壓強P，P·V＝常數(shù)
一定質(zhì)量的氣體，當溫度不變時，氣體的壓強與氣體的體積成反比。
即P1/P2＝V2/V1
2、蓋·呂薩克定律
當壓強P不變時，一定質(zhì)量的氣體，其體積V與溫度T成正比：
V1/V2＝T1/T2＝常數(shù)
當壓強不變時，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或P降低)1℃，則它的體積比原來增加(或縮小)1/273。
3、查理定律
當氣體的體積V保持不變，一定質(zhì)量的氣體，壓強P與其溫度T成正比，即：
P1/P2＝T1/T2
在一定的體積下，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或降低)1℃，它的壓強比原來增加(或減少)1/273。
4、平均自由程：
λ＝(5×10-3)/P (cm)
5、抽速：
S＝dv/dt (升/秒)或 S＝Q/P
Q＝流量(托·升/秒) P＝壓強(托) V＝體積(升) t＝時間(秒)
6、通導：
C＝Q/(P2-P1) (升/秒)
7、真空抽氣時間：
對于從大氣壓到1托抽氣時間計算式：
t＝8V/S (經(jīng)驗公式)
V為體積，S為抽氣速率，通常t在5~10分鐘內(nèi)選擇。
8、維持泵選擇：
S維＝S前/10
9、擴散泵抽速估算：
S＝3D2 (D＝直徑cm）
10、羅茨泵的前級抽速：
S＝(0.1~0.2)S羅 (l/s)
11、漏率：
Q漏＝V(P2-P1)/(t2-t1)
Q漏－系統(tǒng)漏率(mmHg·l/s)
V－系統(tǒng)容積(l)
P1－真空泵停止時系統(tǒng)中壓強(mmHg)
P2－真空室經(jīng)過時間t后達到的壓強(mmHg)
t－壓強從P1升到P2經(jīng)過的時間(s)
12、粗抽泵的抽速選擇：
S＝Q1/P預 (l/s)
S=2.3V·lg(Pa/P預)/t
S－機械泵抽速
Q1－真空系統(tǒng)漏氣率(托·升/秒)
P預－需要達到的預真空度(托)
V－真空系統(tǒng)容積(升)
t－達到P預時所需要的時間
Pa－大氣壓值(托）
13、前級泵抽速選擇：
排氣口壓力低于一個大氣壓的傳輸泵如擴散泵、油增壓泵、羅茨泵、渦輪分子泵等，它們工作時需要前級泵來維持其前級壓力低于臨界值，選用的前級泵必須能將主泵的大氣體量排走，根據(jù)管路中，各截面流量恒等的原則有：
PnSg≥PgS 或
Sg≥Pgs/Pn
Sg－前級泵的抽速(l/s)
Pn－主泵臨界前級壓強(大排氣壓強)(l/s)
Pg－真空室高工作壓強(托)
S－主泵工作時在Pg時的抽速。(l/s)
14、擴散泵抽速計算公式：
S＝Q/P＝(K·n)/(P·t)(升/秒)
式中：S－被試泵的抽氣速率(l/s)
n－滴管內(nèi)油柱上升格數(shù)(格)
t－油柱上升n格所需要的時間(秒)
P－在泵口附近測得的壓強(托)
K－滴管系數(shù)(托·升/秒)
K＝V0·(L/n)·(Υ0/Υm)+Pa△Vt
其中V0－滴管和真空膠管的原始容積(升)
L－滴管刻度部分的長度(mm)
n－滴管刻度部分的格數(shù)(格)
Υ0－油的比重(克/厘米3)
Υm－汞的比重(克/厘米3)
Pa－當?shù)卮髿鈮簭?托)
△Vt－滴管的刻度上的一格的對應的容積(升/格)
15、旋片真空泵的幾何抽速計算公式：
S＝πZnLKv(D2-d2)/(24×104) (l/s)
式中：Z為旋片數(shù)，n為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)，L為泵腔長度，D為泵腔直徑，d為轉(zhuǎn)子直徑(cm)，Kv為容積利用系數(shù)(一般取95％)。
16、O型橡膠槽深B＝0.7D
D為橡膠直徑，槽寬C＝1.6B
17、方形橡膠槽深B＝0.8A
A為方形橡膠邊長，槽寬C＝1.67B
