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真空度的計量單位及其沿革
新聞分類: 技術(shù)資訊 瀏覽:2458 日期:2011/07/19
真空是指低于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣態(tài)空間，建立這樣一個氣態(tài)環(huán)境，并在該環(huán)境中工藝制作、測量分析和科學(xué)試驗等工作所需的理論及技術(shù)稱之謂“真空科學(xué)與技術(shù)”。為保證真空科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和交流。準(zhǔn)確、合理地選擇和使用有關(guān)的計量單位，并實現(xiàn)國際間單位制的統(tǒng)一，是一個十分重要的方面。
用來標(biāo)志量或數(shù)的大小的指標(biāo)統(tǒng)稱為單位，而標(biāo)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(shù)值為1的固定量。由于真空技術(shù)這門學(xué)科發(fā)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(jīng)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(shù)發(fā)展和交流的人為因素。為此，在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的條件下，需要對“真空度”的計量單位給以一個科學(xué)、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(fā)現(xiàn)始于1643年，當(dāng)意大利的物理學(xué)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(fā)現(xiàn)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?nèi)祟惥咕幼≡谝粋€充滿大氣壓力的環(huán)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?nèi)钥稍谠S多老式的真空儀表上看到它的存在。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人類對客觀世界認(rèn)識的不斷深化，人們認(rèn)識到所謂“真空度”實質(zhì)上與氣體壓力是同一物理概念。真空度越高，即氣體壓力越?。环粗婵斩仍降?，即氣體壓力越大。真空度的上限就是一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即760毫米汞柱。l標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)值相當(dāng)于101325牛頓/米2。根據(jù)計量單位的定義，需要有一個命名其數(shù)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(guān)系式： l毫米汞柱= l/760標(biāo)準(zhǔn)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(xué)合理的。首先它類似于長度的計量單位，沒有體現(xiàn)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(jì)念著名的意大利物理學(xué)家，真空的發(fā)現(xiàn)者托里拆里。這樣： l托= l/760標(biāo)準(zhǔn)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(qū)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(shù)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(xué)理論的發(fā)展揭示了真空的本質(zhì)。真空度實質(zhì)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(xiàn)象，便于人們在科研和生產(chǎn)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(rèn)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(quán)威機構(gòu)是國際計量大會(CGPM)，根據(jù)科學(xué)技術(shù)發(fā)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(guī)定了專門名稱“帕”(Pa)，并作為國際單位制的一個導(dǎo)出單位。帕斯卡(B·Pascal 1623～1662)是著名的法國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家。他利用汞氣壓計發(fā)現(xiàn)了汞柱隨高度而變化，并創(chuàng)立了水壓機的理論基礎(chǔ)——帕斯卡定律而聞名于世。為了紀(jì)念這位杰出的科學(xué)家，壓力、機械應(yīng)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(wù)院發(fā)布了《關(guān)于在我國統(tǒng)一實行法定計量單位的命令》，明確規(guī)定了以國際單位制單位為基礎(chǔ)的我國法定計量單位。其中關(guān)于壓力、壓強、應(yīng)力包括真空度等物理量的計量單位規(guī)定采用國際單位制中具有專門名稱的導(dǎo)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(shù)中以往常用的如“托”/“毫米汞柱”/“毫巴”等真空度計量單位均應(yīng)予以淘汰，表1列出了應(yīng)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(guān)系。 表1 應(yīng)予淘汰的壓力計量單位和符號 應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)該還須指出在真空技術(shù)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(yīng)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(nèi)進入(或逸出)真空系統(tǒng)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(dāng)混亂，常見的有托·升/秒、(流西克lusec)、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓·米3/秒等。按照法定計量單位制的單位來說，它應(yīng)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(xì)規(guī)劃資料 下一篇: 等離子熔煉爐
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