真空測(cè)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(shí)，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(shí)，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：?jiǎn)挝粫r(shí)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(duì)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(duì)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(shí)間內(nèi)通過拉瓦爾噴嘴的工作蒸汽的質(zhì)量流量，多級(jí)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(shí)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(shí)在單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)和損失的水量（估計(jì)值）。單位為kg/hr。
二、真空度的測(cè)量
測(cè)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(jì)只有在海拔高度為零時(shí)，其讀數(shù)才代表當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的大氣壓。
設(shè)若在某地區(qū)某一時(shí)，大氣壓計(jì)讀數(shù)為PB，而海拔高度為H，則該地區(qū)實(shí)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(shí)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(jì)，制造的，因此，在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的實(shí)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(shí)際生產(chǎn)中直接應(yīng)用時(shí)稱微型U型計(jì)或殘壓計(jì)。
當(dāng)PA<2mmHg時(shí)，為避免水銀的毛細(xì)作用和觀察者視差，可將微型U型計(jì)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(cè)定：
在圖三中，所示的轉(zhuǎn)動(dòng)式真空計(jì)，V1為水銀儲(chǔ)存器（平時(shí)水平放置，儲(chǔ)有水銀），使用時(shí)，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(jì)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(shí)際生產(chǎn)中使用的轉(zhuǎn)動(dòng)式麥?zhǔn)险婵沼?jì)的測(cè)量原理，因此，一旦水銀不能達(dá)到00'平面，就必須對(duì)測(cè)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?jì)只能用于測(cè)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(shí)，由于抽吸和返流相平衡，這時(shí)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?jì)測(cè)出的數(shù)據(jù)并不代表真實(shí)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(shí)，工作蒸汽的返流可忽略不計(jì)，這時(shí)麥?zhǔn)嫌?jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)可以視為系統(tǒng)的實(shí)際壓力。
4.利用泵或系統(tǒng)內(nèi)的溫度來計(jì)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。
在日常生活中，當(dāng)我們?cè)谝欢▔毫Γ?/span>P）下加熱水時(shí)，如果溫度達(dá)到t=ts(壓力P所對(duì)應(yīng)水的飽和溫度)時(shí)，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(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)時(shí)，ts=100℃；當(dāng)P為2atm(2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)時(shí)ts=120.5℃。在P=0.57atm時(shí)，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(shí)，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(shí)系統(tǒng)內(nèi)殘壓即為水的飽和蒸汽壓。我們可以通過測(cè)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(diǎn)。
當(dāng)t<0℃時(shí)，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(diǎn)，我們可從擴(kuò)壓管與噴嘴噴出蒸汽的交界面上來測(cè)溫度tB，從而預(yù)知飽和蒸汽壓PB，如圖四的B點(diǎn)。
由于大氣和蒸汽管道傳熱的影響，由A點(diǎn)和B點(diǎn)測(cè)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(duì)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(jì)，振膜式真空計(jì)，電阻式真空計(jì)等真空測(cè)量?jī)x表。
但薄膜式真空計(jì)適用于無極性分子的抽氣場(chǎng)合，因此，測(cè)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(jià)格較貴。
電阻式真空計(jì)價(jià)格適中，其測(cè)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(jì)，但對(duì)噪聲、振動(dòng)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(jì)為佳。在進(jìn)口設(shè)備中較常見。
三、抽氣能力的測(cè)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(cè)試罩
圖六所示為空氣臨界流量測(cè)試罩。
3.圖七所示為水蒸汽臨界流量測(cè)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(cè)試罩。
5.測(cè)定方法
a.選擇測(cè)試罩。
b.選擇合適直徑的空氣和蒸汽流量噴嘴。
c.啟動(dòng)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(cè)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(shí)際工作真空度，并記錄之，即可取得該泵抽空氣量的實(shí)際工作性能曲線。
e.在測(cè)試罩上裝配一定直徑的蒸汽流量噴嘴，調(diào)整測(cè)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(shí)際工作真空度，并記錄之，即可取得該泵抽水蒸汽量的實(shí)際工作性能曲線。
f.根據(jù)d.e.測(cè)試結(jié)果，重復(fù)并同時(shí)做d.e.這兩項(xiàng)工作，則可獲得噴射泵在同時(shí)抽空氣和水蒸汽時(shí)的實(shí)際工作能力曲線。
g.注意：以上測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)被測(cè)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)。
