真空測量方法
一、前言
本文涉及到的有關(guān)名詞和術(shù)語：
1.真空度：當(dāng)以mmHg（Torr）或Kpa、Pa為單位時，指的是絕壓，又稱殘壓、壓力，剩余壓力或吸入壓力。
當(dāng)以Mpa為單位時，指的是彈簧真空表的表壓，例：-0.078Mpa。那么絕壓應(yīng)為0.1-0.078=0.022Mpa。
2.抽氣量：單位時間通過泵入口處氣體的質(zhì)量流量，常以當(dāng)量不凝氣和當(dāng)量可凝氣標(biāo)稱，單位為kg/hr。
3.當(dāng)量不凝氣，對非20℃空氣或其它不凝性氣體,按其分子量和溫度折算成20℃的空氣質(zhì)量流量，單位為kg/hr。
4.當(dāng)量可凝性流量：對非20℃的水蒸汽或其它可凝性氣體，按其分子量和溫度折算成20℃的水蒸汽質(zhì)量流量，單位為kg/hr。
5.工作蒸汽耗量：在額定工況下，單位時間內(nèi)通過拉瓦爾噴嘴的工作蒸汽的質(zhì)量流量，多級噴射泵則指通過全部拉瓦爾噴嘴的總質(zhì)量流量，單位為kg/hr。
6.冷卻水循環(huán)量：在額定工況下，單位時間冷卻水的體積流量，多只冷凝器則指總體積流量，單位為M3/ hr。
7.冷卻水耗量：在額定工況下，循環(huán)冷卻水在冷卻塔中降溫時在單位時間內(nèi)蒸發(fā)和損失的水量（估計值）。單位為kg/hr。
二、真空度的測量
測量真空度一般有五種方法：
1. 與外界大氣壓力相比較。
在圖一中，裝有水銀的U形管兩端開口。一端直通大氣，另一端與真空系統(tǒng)連接（設(shè)壓力為PA），兩端的水銀柱的差為△h，若設(shè)大氣壓為P大，有P大－PA=△h
則PA=P大-△h mmHg
但是，我們必須注意，大氣壓并非為760mmHg，氣壓計只有在海拔高度為零時，其讀數(shù)才代表當(dāng)?shù)禺?dāng)時的大氣壓。
設(shè)若在某地區(qū)某一時，大氣壓計讀數(shù)為PB，而海拔高度為H，則該地區(qū)實際大氣壓為：
P大=PB－H/10mmHg
因此，真空系統(tǒng)的壓力為：PA=P大－△h=PB－H/10－△h mmHg
這一例子的實用形式即為了彈簧真空表。
彈簧真空表是按0.1Mpa這一壓力作為基準(zhǔn)而設(shè)計，制造的，因此，在實際使用中應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的實際氣壓情況進(jìn)行修正。
2.與**真空相比較
在圖二中，使用的U型管一端封閉且充滿水銀（注意：不能有氣泡夾在里面），另一端開口并與真空系統(tǒng)（設(shè)若壓力為PA）連接，U型管的兩端水銀柱高度為△h，則真空系統(tǒng)內(nèi)壓力：
PA=△h
這一方法，在實際生產(chǎn)中直接應(yīng)用時稱微型U型計或殘壓計。
當(dāng)PA<2mmHg時，為避免水銀的毛細(xì)作用和觀察者視差，可將微型U型計內(nèi)的汞換成粘度較低的油（揮發(fā)率較低的植物色拉油也可），若油的比重為r，則：
注意：封閉端必須充滿油，決不能以夾帶任何氣泡
3.利用氣體的波義耳定律進(jìn)行測定：
在圖三中，所示的轉(zhuǎn)動式真空計，V1為水銀儲存器（平時水平放置，儲有水銀），使用時，將V1置于高處，使V1內(nèi)的水銀注入V2和d管內(nèi)，設(shè)M-M捯隕喜課壞腣2和d管的體積為V，則：
則：P=K×h×h' -----（1）
若在結(jié)構(gòu)設(shè)計和水銀灌裝中使水銀能達(dá)00’平面，
則：P=K×h2----------（2）
這就是在實際生產(chǎn)中使用的轉(zhuǎn)動式麥?zhǔn)险婵沼嫷臏y量原理，因此，一旦水銀不能達(dá)到00'平面，就必須對測量結(jié)果按（1）式進(jìn)行換算。
由上我們可以知道，麥?zhǔn)险婵沼嬛荒苡糜跍y量不凝性氣體分壓。
當(dāng)水蒸汽噴射真空泵處于極限工作狀態(tài)時，由于抽吸和返流相平衡，這時系統(tǒng)內(nèi)的氣體由不凝氣與可凝汽兩部分組成，所以利用麥?zhǔn)嫌嫓y出的數(shù)據(jù)并不代表真實的壓力，只能用作參考值。
當(dāng)水蒸汽噴射真空泵處于抽除不凝性氣體的工作狀態(tài)時，工作蒸汽的返流可忽略不計，這時麥?zhǔn)嫌?/span>測得的數(shù)據(jù)可以視為系統(tǒng)的實際壓力。
4.利用泵或系統(tǒng)內(nèi)的溫度來計量真空度：
水的物理特性表明，在不同溫度下，水的飽和蒸汽壓是不同的，兩者有著對應(yīng)的關(guān)系。
在日常生活中，當(dāng)我們在一定壓力（P）下加熱水時，如果溫度達(dá)到t=ts(壓力P所對應(yīng)水的飽和溫度)時，水成為飽和水，再轉(zhuǎn)化為濕蒸汽、干飽和整汽、直到過熱蒸汽。壓力P變化ts也隨之變化。在P為1atm(1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)時，ts=100℃；當(dāng)P為2atm(2個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)時ts=120.5℃。在P=0.57atm時，ts=85℃，這就是西藏地區(qū)水在80℃左右就開（沸騰）的原因。
因此，在真空制冷中，系統(tǒng)內(nèi)壓力下降時，ts將不斷變小，只要系統(tǒng)內(nèi)水溫t﹥ts那么水將沸騰、汽化并被真空泵抽走。
假如系統(tǒng)有外加熱源，那么系統(tǒng)內(nèi)的水將全部蒸發(fā)光，真空度的上升取決于抽速和汽化的速度差。
假如系統(tǒng)無外加熱源，那么汽化帶走熱量將使剩余水的溫度不斷下降，直到t=ts。這時系統(tǒng)內(nèi)殘壓即為水的飽和蒸汽壓。我們可以通過測量剩余水的溫度或存水處容器的溫度tA來預(yù)知飽和蒸汽壓PA，如圖四的A點。
當(dāng)t<0℃時，那么空氣中的水汽將在系統(tǒng)的外表面凝結(jié)，甚至結(jié)冰。
如果系統(tǒng)內(nèi)無明顯的存水點，我們可從擴(kuò)壓管與噴嘴噴出蒸汽的交界面上來測溫度tB，從而預(yù)知飽和蒸汽壓PB，如圖四的B點。
由于大氣和蒸汽管道傳熱的影響，由A點和B點測得的tA、tB將比tH大，可以肯定系統(tǒng)內(nèi)真空度（殘壓）PH小于PA和PB。這就是溫壓轉(zhuǎn)換器的基本工作原理。
以下為水的飽和蒸汽壓與溫度的對應(yīng)關(guān)系表：
5.其它真空儀表
在水蒸汽噴射真空泵的工作真空度范圍，我們還可以選用薄膜式真空計，振膜式真空計，電阻式真空計等真空測量儀表。
但薄膜式真空計適用于無極性分子的抽氣場合，因此，測量口應(yīng)離開噴射泵抽氣口相當(dāng)遠(yuǎn)的距離以避免水蒸汽分子的影響，且價格較貴。
電阻式真空計價格適中，其測量電路有定壓式、定流式、定溫式三種，常用為定溫式電阻真空計，但對噪聲、振動比較敏感，零位漂移比較大。
有條件的單位，以選用振膜式真空計為佳。在進(jìn)口設(shè)備中較常見。
三、抽氣能力的測定
1.流量噴嘴
按圖五制定各種直徑的流量噴嘴符合以下關(guān)系：
2.測試罩
圖六所示為空氣臨界流量測試罩。
3.圖七所示為水蒸汽臨界流量測試罩。
4.圖八為空氣臨界流量和水蒸汽臨界流量相結(jié)合的測試罩。
5.測定方法
a.選擇測試罩。
b.選擇合適直徑的空氣和蒸汽流量噴嘴。
c.啟動蒸汽噴射真空泵，根據(jù)額定的蒸汽壓力、溫度及冷卻水壓、水溫使泵處于正常工作狀態(tài)，并記錄蒸汽耗量，冷卻水循環(huán)量等參數(shù)。
d.在測試罩上選擇不同直徑的空氣流量噴嘴，放入不同量的空氣，在噴射泵的泵頭上讀出實際工作真空度，并記錄之，即可取得該泵抽空氣量的實際工作性能曲線。
e.在測試罩上裝配一定直徑的蒸汽流量噴嘴，調(diào)整測試蒸汽壓力，給噴射泵放入不等量的水蒸汽，在噴射泵的泵頭上讀出實際工作真空度，并記錄之，即可取得該泵抽水蒸汽量的實際工作性能曲線。
f.根據(jù)d.e.測試結(jié)果，重復(fù)并同時做d.e.這兩項工作，則可獲得噴射泵在同時抽空氣和水蒸汽時的實際工作能力曲線。
g.注意：以上測得的數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)被測氣體溫度換為20℃溫度下的當(dāng)量氣體。
h.抽除當(dāng)量氣體的能力為真空的抽氣量考核指標(biāo)。
