熱傳導真空規(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,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
圖11-18 HLP-03型低真空計原理方框圖 QR=KRA(eT4一£o T8)QL= KL(T- To)
式中R-金屬絲電阻;T-金屬絲熱力學溫度;To——規(guī)管壁熱力學溫度;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與引線材料和結構有關的常數(shù)。
圖11-19熱傳導真空規(guī)原理圖
從式(11-13)和式(11-14)可知,QR和QL與氣體壓力無關,而Qc則不同。在高壓時,氣體分子自由程A《管徑d,氣體的傳熱量Qc為,
式中 Kc——高壓力下氣體的熱傳導系數(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,由于Qc與壓力戶無關,所以不能利用氣體熱傳導來測量氣體壓力(熱傳導規(guī)的測量上限也由此因素決定)。
在低壓力時,A》d,分子間無碰撞,氣體傳熱導僅與戶有關,則Qc=aAp(T- To)
(11-18)式中 a-熱適應系數(shù);A-自由分子的熱傳導系數(shù),
式中 R-氣體常數(shù);
T'-T與To的平均值;
M-氣體的摩爾質量。
因此,可利用低壓力下Qc與壓力p成正比的關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,所以熱傳導真空規(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之間的關系如圖11- 20所示,屬于從式(11- 18)的自由分子熱傳導的情況逐漸過渡到式(11-17)的與壓力無關的熱傳導的情況。
圖11-20 Qc -聲曲絨