如何测量真空压力？

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真空技术的压力范围及其特性

在真空技术中，通常将非常大的整体压力范围（跨越 10¹⁶）细分成几个更小的分区。这些分区一般定义如下：

粗真空 (RV) 1000 – 1 mbar

中等真空 (MV) 1 – 10-3 mbar

高真空 (HV) 10-3 – 10-7 mbar

超高真空 (UHV) 10-7 – (10-14) mbar

表 9 真空技术中使用的压力范围及其特性（数字四舍五入到 10 的整数幂）

当然，这种区分存在一定的任意性。化学家可能会特别地将他们最关注的 100 ~ 1 mbar 之间的压力范围称为“中间真空”。有些工程师可能根本不提真空，而是称之为“低压”，甚至“负压”。不过，利用气体分子运动状况和气体流动性质的观察结果，可以很好地描述上述压力分区。压力范围不同，所采用的技术也不相同。

大气

在抽真空之前，大气中的每个真空系统都含有空气，在工作过程中也始终被空气所包围。所以，我们需要熟悉大气的物理和化学特性。

大气由多种气体组成，在靠近地球表面时，大气中还含有水蒸气。大气所产生的压力可参照海平面来表示。平均大气压为 1013 mbar（相当于“大气压力”，这也是早期使用的一个测量单位）。表 8 显示了在 50% 的相对湿度以及 68°F 或 20°C 温度下，标准大气的组成。

表 8 大气的组成。注意：在大气的组成中，相对湿度 (RH) 与温度一起单独列出。

因此，在给定的相对湿度下，气压计上的气压读数为 1024 mbar。

表 17 温度比较和换算表（四舍五入到整度数）

就真空技术而言，应注意空气构成方面的以下几点：

a) 空气中的水蒸气会根据湿度水平而变化，它对真空装置的抽真空过程有着重要影响（请参阅关于抽取气体 - 湿法的页面）。

b) 在使用吸附泵抽真空时，应考虑大量的惰性气体氩气。

c) 尽管氦气在大气中的含量很低，仅约 5 ppm（百万分之一），但这种惰性气体对使用氟橡胶密封的超高真空系统或者包含玻璃或石英组件的超高真空系统会产生明显影响。氦能够渗透这些物质并可达到可检出的水平。

在地面以上，大气压力随海拔的上升而下降（参见图 9.3）。当海拔达到大约 328,083 ft (100km) 时，大气会处于高真空状态；当海拔高于 1,312,335 ft (400km) 时，大气会处于超高真空状态。空气的组成也会随着离地高度不同而变化（参见图 9.4）。

图 9.3 空气压力 (1) 和气温 (2) 随海拔高度的变化

图 9.4 大气中的气体组成随海拔高度的变化

压力单位及其定义

压力 p (mbar)

流体（气体和液体）的压力。（参量：压力；符号：p；测量单位：毫巴；缩写：mbar。）在 DIN 标准 1314 中，压力定义为施加于表面的标准化力除以表面面积得到的商值（单位表面积上的力）。尽管 Torr 已不再用作压力测量单位，但是，了解这个压力单位会有助于加深理解：1 Torr 是指能够在 32°F (0°C) 温度下使汞柱升高 1 mm 的气体压力。（标准大气压为 760 Torr 或 760 mm Hg。）压力 p 可以通过下标进行更严格地定义：

绝对压力 p_abs

真空技术领域所指压力始终是绝对压力，因此通常可以省略下标“abs”。

总压力 p_t

容器中的总压力是指容器内所有气体和蒸气的分压之和。

分压 p_i

一种气体或蒸气的分压是指该气体或蒸气在容器中单独存在时会施加的压力。请务必注意：气体和蒸气混合物中的分压通常被理解为混合物中存在的所有不可冷凝组分的分压之和（此规则尤其适用于粗真空条件）- 例如，旋片泵上的“极限分压”。

饱和蒸气压力 p_s

饱和蒸气压力是指饱和蒸气的压力 ps。ps 是任何给定物质的温度的函数。

蒸气压力 p_d

蒸气在液氮 (LN₂) 温度下发生液化时的分压。

标准压力 p_n

标准压力 p_n 在 DIN 1343 中被定义为压力 p_n = 1013.25 mbar。

极限压力 p_end

真空容器中可达到的最低压力。所谓的极限压力不仅取决于泵的抽吸速度，还取决于泵中使用的润滑剂、密封剂和推进剂的蒸气压力 pd。如果只使用油封式旋转（正排量）真空泵对容器抽真空，则可达到的极限压力将主要取决于泵所用机油的蒸气压力，以及取决于容器的清洁度、容器壁释放的蒸气，当然还有真空容器本身的密封性。

环境压力 p_amb

或（绝对）大气压

过压 p_e 或表压

（下标来自于英文单词“excess”（过量））

此处，p_e 正值时表示过压或表压；负值时表示真空。

工作压力 p_w

在抽真空的过程中，要将气体和/或蒸气从容器中抽出。气体是指处于气体状态，并且在工作或操作温度下不会发生冷凝的物质；蒸气则是同样处于气体状态，但在正常温度下可通过增加压力将其液化的物质。最后，饱和蒸气是指在相应温度下与同种物质的液态处于动态平衡的蒸气。

表 1 允许使用的压力单位，包括 torr 1) 及其换算关系。

表中包含单位 torr 只是为了帮助您了解如何将这个熟悉的压力单位换算为法定单位 N · m^-2、mbar 和 bar。将来，压力单位 torr、毫米水柱、毫米汞柱 (mm Hg)、% 真空度、技术大气压 (at)、物理大气压 (atm)、绝对大气压 (ata)、计示压力以及低于大气压的压力都将不再使用。在这方面，我们参考了 DIN 1314。
单位牛顿的力除以平方米 (N · m^-2) 也被称为帕斯卡 (Pa)：1 N · m^-2= 1 Pa。牛顿/平方米或帕斯卡是流体压力的国际标准单位。
1 torr = 4/3 mbar；fl torr = 1 mbar。

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