真空概念及测量单位.doc

真空概念和测量单位 （一） 真空概念 “真空”是指在指定空间内低于环境大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子数密度低于该地区大气压的气体分子数密度。不同的真空状态，就意味着该空间具有不同的分子数密度。在标准状态（STP：即0°C，101325Pa）下，气体的分子数密度为2.6870×1025m-3，而在真空度为1×10-4Pa时，气体的分子数密度只有2.65×1016m-3。 完全没有气体的空间状态成为绝对真空。绝对真空实际上时不存在的。 （二） 真空度及测量单位 在真空技术中常用真空度来度量真空状态下空间气体的稀薄程度。通常真空度用气体的压力值来表示。压力值越高，真空度越低；压力值越低，真空度越高。 常用的压力单位有： ①帕斯卡（Pa）：国际单位制中的压力单位，我国法定压力单位。1Pa压力就是1m2面积上作用1N的力，即 1Pa=1N/m2 ②微巴（μbar）：1μbar的压力就是1cm2面积上作用1dyn的力，即 1μbar=1dyn/cm2 ③标准大气压（atm）：1927年在第七次国际计量大会上，给标准大气压下了定义，即在重力加速度为980.665cm/s2，水银温度为0°C，水银密度为13.5951g/cm3的条件下，760mm高的汞柱产生的压力称为1atm，即 1atm=760mmHg=1013250.144354dyn/cm2 这种标准大气压依赖于汞的密度测量精度，是不够严格的。 1954年在第十次国际计量大会上，又重新定义了标准大气压，即 1atm=1013250dyn/cm2=101325Pa ④工程大气压（at）：由于大气压力约为1kgf/cm2，所以把1kgf/cm2称为1at，即 1at=1kgf/cm2 ⑤毫米汞柱（mmHg）：1mmHg是指0°C时1mm高水银柱（汞柱）作用在1cm2面积上的力。由于纯水银0°C时的密度是13.5951g/cm3，所以 1mmHg=13.5951g/cm2 ⑥托（Torr）：1Torr定义为 1Torr=1/760atm 由于1927年与1954年定义的标准大气压有差值，因而造成1mmHg比1Torr大1.9×10-4dyn/cm2，即 1mmHg=1Torr+1.9×10-4dyn/cm2 但由于两者差值很小，故通常认为 1mmHg≈1Torr ⑦英寸汞柱（inHg）：英制压力单位，它是1英寸高水银柱作用在1cm2面积上的力，即 1inHg=25.4mmHg ⑧普西（Psi）：英制压力单位，它是1平方英寸面积上作用1磅的力，即 1Psi=1lb/in2 ⑨真空度的百分数（δ%）：用真空度的百分数表示压力的大小，一般只有在压力高于100Pa时才采用。真空度的百分数为 δ%=[(1×105-p)/(1×105)]×100% 式中 p——以Pa作单位时的压力数值。 已知真空度的百分数，可用下式求气体压力p p=1×105（1-δ/100 ） 真空区域划分 为实用上便利起见，人们常把真空度粗划为几个区段，根据GB/T3163—93，真空区域大致划分如下 低真空 105Pa～102Pa 中真空 102Pa～10-1Pa 高真空 10-1Pa～10-5Pa 超高真空 ＜10-9Pa 第一节 真空及真空度的概念 在真空技术中，把低与一个大气压的气体状态，统称为真空。与正常的大气压相比，这是一种较稀薄的气体状态。 真空中残存气体的稀薄程度就是真空程度的高低，即真空度。 第二节 真空度的单位和真空区域的划分 一、真空度的单位 依据真空度的定义，衡量真空度高低最直接的物理量应是每单位体积中的分子数，但由于历史和技术上的原因，真空度的高低是用被抽空中残存气体的绝对压强来表示的。“压强”是指单位面积容器壁上所承受的压力，它是目前国际上通用的表示真空度的物理量，1958年第一届国际技术会议曾建议用“托”（Torr）作为测量真空度的单位，定义为“1Torr是1个大气压的1/760”，因1个大气压为760mmHg，故Torr可以与mmHg通用。国际单位制（SI）中规定压强的单位为（Pa），帕（Pa）是牛顿/米2（N/m2）的专门名称。目前，包括我国在内的许多国家已逐步用Pa取代Torr作为真空压强的标准基本单位。 真空度越高，则气体的压力越低，炉内气体分子数目也越少，反之，气体压力越高，意味着真空度越低。可见，压强的大小与真空度的高低成反比。 在各种文献中，压强的单位除了Pa和Torr外，还有标准大气压、bar、kgf/cm2。几种常用单位之间的换算关系见（式1-1）。 1Torr=133.3Pa 1Pa=75×10-3Torr 1Torr=1mmHg 1Torr