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真空度的計量單位及其沿革
新聞分類: 技術資訊 瀏覽:2520 日期:2011/07/19
真空是指低于1標準大氣壓的氣態空間，建立這樣一個氣態環境，并在該環境中工藝制作、測量分析和科學試驗等工作所需的理論及技術稱之謂“真空科學與技術”。為保證真空科學與技術的發展和交流。準確、合理地選擇和使用有關的計量單位，并實現國際間單位制的統一，是一個十分重要的方面。
用來標志量或數的大小的指標統稱為單位，而標志可測量大小的單位稱為計量單位。計量單位是一個有明確定義和名稱，并有一個命其數值為1的固定量。由于真空技術這門學科發展的歷史因素，表示“真空度”這樣一個特征量的計量單位就經歷了多種變化．單位名稱可稱得上五花八門，單位之間的換算繁瑣不堪，有意或無意地變成了阻礙真空技術發展和交流的人為因素。為此，在當代科學技術的條件下，需要對“真空度”的計量單位給以一個科學、合理的定義，并通過國家法令形式予以肯定被提上了議事日程。 人所共知，真空的發現始于1643年，當意大利的物理學家托里拆里( E．Torricelli 1608～1647)將一端密封的長玻璃管注滿了汞并倒置于盛有汞的槽里時，發現了汞柱頂端的空間即是真空。這也同時首先使人們知道我們人類竟居住在一個充滿大氣壓力的環境空間之中！而大氣的壓力正等于高度為760毫米汞柱的重量。因此，人們最初就選用毫米汞柱(mmHg)這一奇特的“長度”單位來表示真空的程度，并一直沿襲使用下去，至今我們仍可在許多老式的真空儀表上看到它的存在。 隨著科學技術的不斷進步，人類對客觀世界認識的不斷深化，人們認識到所謂“真空度”實質上與氣體壓力是同一物理概念。真空度越高，即氣體壓力越小；反之真空度越低，即氣體壓力越大。真空度的上限就是一個標準大氣壓，即760毫米汞柱。l標準大氣壓又稱物理大氣壓，指的是地球大氣層的大氣在海平面上的壓力。其定義為在標準重力加速度 g=980.665厘米/秒2，溫度T=273 K，760毫米高的汞所施加的壓力。若把 273K下汞密度定義為13.59509克/厘米3，則該數值相當于101325牛頓/米2。根據計量單位的定義，需要有一個命名其數值為1的固定量的要求，以毫米汞柱為計量單位便可得到下面關系式： l毫米汞柱= l/760標準大氣壓=133.322牛頓/米2 然而，人們看到以毫米汞柱(mmHg)作為真空度的計量單位是不盡科學合理的。首先它類似于長度的計量單位，沒有體現壓力這個物理量的概念，其次它依賴于汞密度的測量水平，并不是一個絕對單位，也不便于口述和書寫。因此在 1958年第四屆國際真空會議上決定采用“托”(Torr)來作為真空度的單位，以替代“毫米汞柱”，并以此來紀念著名的意大利物理學家，真空的發現者托里拆里。這樣： l托= l/760標準大氣壓= 133.322牛頓/米2， 這是一個絕對單位，其不隨汞密度、溫度和重力加速度而變化，又與長度單位明顯區別開來。由上可見，“托”、“毫米汞柱”的差異主要是定義上的，而在數值上僅有約七百萬分之一的微小差別，實際使用時完全可以忽略。 氣體分子動力學理論的發展揭示了真空的本質。真空度實質上是氣體分子對容納其存在的容器壁上單位面積的總沖量（或動量變化）值的量度。因此，“真空度”、“氣體壓力”源于同一物理概念。對此，人們有充分理由提出為什么非要把真空度的計量單位從壓力計量單位中獨立出來，另立體系呢？為了消除多種單位并用的現象，便于人們在科研和生產活動中避免繁瑣的單位制之間的換算及其帶來的換算誤差，有必要一致采用人們所公認的，并能清晰表達其物理概念的計量單位。作為制定國際單位制(SI)的權威機構是國際計量大會(CGPM)，根據科學技術發展的需要，在1971年第十四屆國際計量大會上針對壓力計量單位規定了專門名稱“帕”(Pa)，并作為國際單位制的一個導出單位。帕斯卡(B·Pascal 1623～1662)是著名的法國數學家和物理學家。他利用汞氣壓計發現了汞柱隨高度而變化，并創立了水壓機的理論基礎——帕斯卡定律而聞名于世。為了紀念這位杰出的科學家，壓力、機械應力、聲壓、表面壓力、真空度等量的SI單位就以他的名字來命名。 1984年2月27日我國國務院發布了《關于在我國統一實行法定計量單位的命令》，明確規定了以國際單位制單位為基礎的我國法定計量單位。其中關于壓力、壓強、應力包括真空度等物理量的計量單位規定采用國際單位制中具有專門名稱的導出單位“帕斯卡”，單位符號為“ Pa”，定義1Pa等于垂直于面積為1m2的表面上均勻作用1N的壓力，即： l帕(Pa)= l牛頓/米2(N/m2) 這樣，在真空技術中以往常用的如“托”/“毫米汞柱”/“毫巴”等真空度計量單位均應予以淘汰，表1列出了應予淘汰的計量單位和符號，以及它們與法定計量單位之間的換算關系。 表1 應予淘汰的壓力計量單位和符號 應淘汰的壓力單位的名稱 單位符號 用法定計量單位表示的形式值 毫巴 mb 100 Pa 托 torr 133.322 Pa 標準大氣壓 atm 101325 Pa 工程大氣壓 at 98.0665 Pa 達因每平方厘米 dyn / cm2 0.1 Pa 毫米水柱 mm H2O 9.80665 Pa 毫米汞柱 mm Hg 133.322 Pa 磅力每平方英寸 PSI, P.S.I 6894.7 Pa 千克力每平方米 kgf/m2 9.80665 Pa 除此之外，應該還須指出在真空技術中另一個常用的表示氣體流量或密封器件漏率的計量單位也必須作相應的更動。所謂氣體流量指的是泵抽速率和入口壓力的乘積，而漏率是單位時間內進入(或逸出)真空系統的氣體量，它們的計量單位具有同一量綱。以往它的計量單位也相當混亂，常見的有托·升/秒、(流西克lusec)、標準大氣壓·米3/秒等。按照法定計量單位制的單位來說，它應該是功率的單位，即瓦(W)，為了明顯起見，仍可通用帕·升/秒的單位。 上一篇: 寶鋼爐窯詳細規劃資料 下一篇: 等離子熔煉爐
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