真空测量方法

一、前言本文涉及到的有关名词和术语：1.真空度：当以mmHg（Torr）或Kpa、Pa为单位时，指的是绝压，又称残压、压力，剩余压力或吸入压力。当以Mpa为单位时，指的是弹簧真空表的表压，例：-0.078Mpa。那么绝压应为0.1-0.078=0.022Mpa。2.抽气量：单位时间通过泵入口处气体的质量流量，常以当量不凝气和当量可凝气标称，单位为kg/hr。3.当量不凝气，对非20℃空气或其它不凝性气体,按其分子量和温度折算成20℃的空气质量流量，单位为kg/hr。4.当量可凝性流量：对非20℃的水蒸汽或其它可凝性气体，按其分子量和温度折算成20℃的水蒸汽质量流量，单位为kg/hr。5.工作蒸汽耗量：在额定工况下，单位时间内通过拉瓦尔喷嘴的工作蒸汽的质量流量，多级喷射泵则指通过全部拉瓦尔喷嘴的总质量流量，单位为kg/hr。6.冷却水循环量：在额定工况下，单位时间冷却水的体积流量，多只冷凝器则指总体积流量，单位为M3/hr。7.冷却水耗量：在额定工况下，循环冷却水在冷却塔中降温时在单位时间内蒸发和损失的水量（估计值）。单位为kg/hr。二、真空度的测量测量真空度一般有五种方法：1.与外界大气压力相比较。在图一中，装有水银的U形管两端开口。一端直通大气，另一端与真空系统连接（设压力为PA），两端的水银柱的差为△h，若设大气压为P大，有P大－PA=△h则PA=P大-△hmmHg但是，我们必须注意，大气压并非为760mmHg，气压计只有在海拔高度为零时，其读数才代表当地当时的大气压。设若在某地区某一时，大气压计读数为PB，而海拔高度为H，则该地区实际大气压为：P大=PB－H/10mmHg因此，真空系统的压力为：PA=P大－△h=PB－H/10－△hmmHg这一例子的实用形式即为了弹簧真空表。弹簧真空表是按0.1Mpa这一压力作为基准而设计，制造的，因此，在实际使用中应根据本地区的实际气压情况进行修正。2.与绝对真空相比较在图二中，使用的U型管一端封闭且充满水银（注意：不能有气泡夹在里面），另一端开口并与真空系统（设若压力为PA）连接，U型管的两端水银柱高度为△h，则真空系统内压力：PA=△h这一方法，在实际生产中直接应用时称微型U型计或残压计。当PA2mmHg时，为避免水银的毛细作用和观察者视差，可将微型U型计内的汞换成粘度较低的油（挥发率较低的植物色拉油也可），若油的比重为r，则：注意：封闭端必须充满油，决不能以夹带任何气泡3.利用气体的波义耳定律进行测定：在图三中，所示的转动式真空计，V1为水银储存器（平时水平放置，储有水银），使用时，将V1置于高处，使V1内的水银注入V2和d管内，设M-M捯陨喜课坏腣2和d管的体积为V，则：则：P=K×h×h'-----（1）若在结构设计和水银灌装中使水银能达00’平面，则：P=K×h2----------（2）这就是在实际生产中使用的转动式麦氏真空计的测量原理，因此，一旦水银不能达到00'平面，就必须对测量结果按（1）式进行换算。由上我们可以知道，麦氏真空计只能用于测量不凝性气体分压。当水蒸汽喷射真空泵处于极限工作状态时，由于抽吸和返流相平衡，这时系统内的气体由不凝气与可凝汽两部分组成，所以利用麦氏计测出的数据并不代表真实的压力，只能用作参考值。当水蒸汽喷射真空泵处于抽除不凝性气体的工作状态时，工作蒸汽的返流可忽略不计，这时麦氏计测得的数据可以视为系统的实际压力。4.利用泵或系统内的温度来计量真空度：水的物理特性表明，在不同温度下，水的饱和蒸汽压是不同的，两者有着对应的关系。在日常生活中，当我们在一定压力（P）下加热水时，如果温度达到t=ts(压力P所对应水的饱和温度)时，水成为饱和水，再转化为湿蒸汽、干饱和整汽、直到过热蒸汽。压力P变化ts也随之变化。在P为1atm(1个标准大气压)时，ts=100℃；当P为2atm(2个标准大气压)时ts=120.5℃。在P=0.57atm时，ts=85℃，这就是西藏地区水在80℃左右就开（沸腾）的原因。因此，在真空制冷中，系统内压力下降时，ts将不断变小，只要系统内水温t﹥ts那么水将沸腾、汽化并被真空泵抽走。假如系统有外加热源，那么系统内的水将全部蒸发光，真空度的上升取决于抽速和汽化的速度差。假如系统无外加热源，那么汽化带走热量将使剩余水的温度不断下降，直到t=ts。这时系统内残压即为水的饱和蒸汽压。我们可以通过测量剩余水的温度或存水处容器的温度tA来预知饱和蒸汽压PA，如图四的A点。当t0℃时，那么空气中的水汽将在系统的外表面凝结，甚至结冰。如果系统内无明显的存水点，我们可从扩压管与喷嘴喷出蒸汽的交界面上来测温度tB，从而预知饱和蒸汽压PB，如图四的B点。由于大气和蒸汽管道传热的影响，由A点和B点测得的tA、tB将比tH大，可以肯定系统内真空度（残压）PH小于PA和PB。这就是温压转换器的基本工作原理。以下为水的饱和蒸汽压与温度的对应关系表：5.其它真空仪表在水蒸汽喷射真空泵的工作真空度范围，我们还可以选用薄膜式真空计，振膜式真空计，电阻式真空计等真空测量仪表。但薄膜式真空计适用于无极性分子的抽气场合，因此，测量口应离开喷射泵抽气口相当远的距离以避免水蒸汽分子的影响，且价格较贵。电阻式真空计价格适中，其测量电路有定压式、定流式、定温式三种，常用为定温式电阻真空计，但对噪声、振动比较敏感，零位漂移比较大。有条件的单位，以选用振膜式真空计为佳。在进口设备中较常见。三、抽气能力的测定1.流量喷嘴按图五制定各种直径的流量喷嘴符合以下关系：2.测试罩图六所示为空气临界流量测试罩。3.图七所示为水蒸汽临界流量测试罩。4.图八为空气临界流量和水蒸汽临界流量相结合的测试罩。5.测定方法a.选择测试罩。b.选择合适直径的空气和蒸汽流量喷嘴。c.启动蒸汽喷射真空泵，根据额定的蒸汽压力、温度及冷却水压、水温使泵处于正常工作状态，并记录蒸汽耗量，冷却水循环量等参数。d.在测试罩上选择不同直径的空气流量喷嘴，放入不同量的空气，在喷射泵的泵头上读出实际工作真空度，并记录之，即可取得该泵抽空气量的实际工作性能曲线。e.在测试罩上装配一定直径的蒸汽流量喷嘴，调整测试蒸汽压力，给喷射泵放入不等量的水蒸汽，在喷射泵的泵头上读出实际工作真空度，并记录之，即可取得该泵抽水蒸汽量的实际工作性能曲线。f.根据d.e.测试结果，重复并同时做d.e.这两项工作，则可获得喷射泵在同时抽空气和水蒸汽时的实际工作能力曲线。g.注意：以上测得的数据应根据被测气体温度换为20℃温度下的当量气体。h.抽除当量气体的能力为真空的抽气量考核指标。