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熱傳導(dǎo)真空規(guī)概述
標(biāo)簽: 熱傳導(dǎo)
2015-03-30  閱讀

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熱傳導(dǎo)真空規(guī)原理是將規(guī)管中的一根張緊的金屬絲通以電流J加熱(圖11-19),在熱平衡時(shí),輸入的能量為輻射傳熱量(QR)、引線傳熱量(QL)和氣體傳熱量(Qc)之和,即RI2= QR+ QL+ QC 

熱傳導(dǎo)真空規(guī)概述

圖11-18  HLP-03型低真空計(jì)原理方框圖 QR=KRA(eT4一£o T8)QL= KL(T- To)

式中R-金屬絲電阻;T-金屬絲熱力學(xué)溫度;To——規(guī)管壁熱力學(xué)溫度;KR——斯蒂芬.玻耳茲曼常數(shù)[5. 67×1012'W/( cm2.K4)];A-金屬絲表面積;e-金屬絲熱輻射率;eo——規(guī)管壁熱輻射率;KL與引線材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。

熱傳導(dǎo)真空規(guī)概述

圖11-19熱傳導(dǎo)真空規(guī)原理圖

從式(11-13)和式(11-14)可知,QR和QL與氣體壓力無關(guān),而Qc則不同。在高壓時(shí),氣體分子自由程A《管徑d,氣體的傳熱量Qc為,
 

熱傳導(dǎo)真空規(guī)概述

式中  Kc——高壓力下氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù);P——氣體密度;可——氣體分子速度;cv——比定容熱容。
因式(11—16)中的P與壓力戶成正比,A與壓力戶成反比,所以Kc與壓力鄉(xiāng)是無關(guān)的,式(1l一15)可寫成Qc=B(T—To) 式中  B-常數(shù)。

從式(11-17)可知,在高壓力時(shí),由于Qc與壓力戶無關(guān),所以不能利用氣體熱傳導(dǎo)來測量氣體壓力(熱傳導(dǎo)規(guī)的測量上限也由此因素決定)。

在低壓力時(shí),A》d,分子間無碰撞,氣體傳熱導(dǎo)僅與戶有關(guān),則Qc=aAp(T- To)  

 (11-18)式中  a-熱適應(yīng)系數(shù);A-自由分子的熱傳導(dǎo)系數(shù),

熱傳導(dǎo)真空規(guī)概述

式中  R-氣體常數(shù);
T'-T與To的平均值;
M-氣體的摩爾質(zhì)量。
因此,可利用低壓力下Qc與壓力p成正比的關(guān)系來測量氣體的壓力。又由于A與/麗成反比,a和cv與氣體種類有關(guān),所以熱傳導(dǎo)真空規(guī)的靈敏度因氣體種類而異。
在低一高壓力之間的過渡區(qū)域,Qc與壓力p之間的關(guān)系如圖11- 20所示,屬于從式(11- 18)的自由分子熱傳導(dǎo)的情況逐漸過渡到式(11-17)的與壓力無關(guān)的熱傳導(dǎo)的情況。

熱傳導(dǎo)真空規(guī)概述

圖11-20  Qc -聲曲絨


式(11-18)中的熱適應(yīng)系數(shù)口定義為Tg - Ti(11-20)a= i=Tl式中  Tl——氣體分子溫度;T2——表面溫度;Tg_一氣體分子(Ti)與表面(T2)碰撞后所具有的溫度。

熱適應(yīng)系數(shù)口與金屬絲的材料性質(zhì)和表面狀態(tài)有關(guān),也與氣體的種類和溫度有關(guān)。清潔表面的口值要比不清潔表面的口值為小。對于經(jīng)常暴露在高壓力下的規(guī)管,由于熱絲表面具有吸附層,所以口值較大??谥祵醾鲗?dǎo)真空規(guī)的精度和穩(wěn)定性的影響很大。表11-2給出了一些氣體一金屬配組的熱適應(yīng)系數(shù)。

表11-2一些氣體.金屬配組的熱適應(yīng)系數(shù)a
熱傳導(dǎo)真空規(guī)概述
 

熱傳導(dǎo)真空規(guī)的測量下限主要取決于QR和QL的大小,Qc則不存在理論下限。
熱傳導(dǎo)式真空計(jì)有好幾種類型,z*常用的是熱偶真空計(jì)和電阻真空計(jì),也是目前測量粗低真空的主要工具。