Page 61 - 《真空与低温》2025年第3期

332 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

比值为 1.21。 本不受小腔室壁面温度改变的影响。当气体分子
根据热阴极电离真空计的工作状态和环境以 从校准室经过管道进入小腔室后，和高温壁面发生
及真空系统的材质和除气情况等的不同，热阴极电 碰撞，速度增加，气体温度上升，但总体略低于壁面
离真空计附近区域的热辐射和出气情况都会有所 温度。将小腔室壁面温度作为自变量，小腔室和校
差异。分别改变小腔室的壁面温度和出气率，模拟 准室的温度作为因变量，绘制图 5。由图 5 可知，
各种工况下小腔室与校准室压力比值，模拟结果如 小腔室的温度随壁面温度的升高而升高，且具有良
表 1 所列。 好的线性。当分子流态下的热流逸现象平衡时，压

力与温度的关系式为：
表 1 不同工况下小腔室与校准室的压力比值 √
p 1 n 2 T 1
Tab. 1 Pressure ratios between small chamber and calibra- = = （4）
p 2 n 1 T 2
tion chamber under different working conditions
式中：p 1 、n 1 、T 1 和 p 2 、n 2 、T 2 分别为小腔室和校准
小腔室与校准室的出气率之比
壁面温度/K 室的压力、密度和气体分子温度。
1∶1 2∶1 5∶1 10∶1

293.15 1.109 5 1.139 7 1.212 4 1.293 9 380
318.15 1.146 9 1.175 7 1.248 9 1.331 2 370 校准室气体温度
小腔室气体温度
343.15 1.182 8 1.210 7 1.280 7 1.365 6 360
368.15 1.215 3 1.244 5 1.314 0 1.396 5 350
气体温度/K 330
393.15 1.250 1 1.277 0 1.346 2 1.428 5 340

由表 1 可知，在不同的热流逸效应和出气效应 320
310
下，电离真空计区域的压力和大腔室的压力比值波 300
动较大。因此，在测量真空压力时，不同的工况和 290
出气将导致压力比偏移，进而导致校准系数的误差， 280 300 320 340 360 380 400
小腔室壁面温度水/K
最终引起示值误差。
气体分子的平均速度分布关系式如下： 图 5 不同壁面温度下的气体温度图
√ Fig. 5 Gas temperature diagram at different wall temperatures
8RT
v = （2）
πm
在热阴极电离真空计的使用中，很难通过直接
式中：R 为普适气体常数；T 为气体分子的速度；
测量小腔室的气体温度来确定温度效应对压力测量
根据气体分子的速度公式，导出：
造成的影响。而易测的壁面温度和小腔室气体温
πmv 2
T = （3） 度有很好的线性关系，故将其作为热阴极电离真空
8R
调取所选界面的平均分子速度，结合公式计算 计关于压力修正的一个重要参数 T 2。利用式（4）和
模拟仿真结果对压力进行修正，结果如表 3 所列。
[13]
得到不同壁面温度下小腔室的气体温度 ，结果

如表 2 所列。
表 3 几种工况下的修正压力
Tab. 3 Corrected pressures under several working
表 2 不同壁面温度下的气体温度
conditions
Tab. 2 Gas temperatures at different wall temperatures
壁面温度 出气率/ 测量压力 实际压力 修正压力
小腔室壁面温度/K 小腔室气体温度/K 校准室气体温度/K
−2
3
−1
/K （Pa·m ·s ·cm ） /Pa /Pa /Pa
293.15 293.56 293.15
−11 −7 −7 −7
318.15 1×10 4.52×10 5.18×10 5.25×10
318.15 312.99 293.20
−11 −7 −7 −7
343.15 1×10 4.36×10 5.16×10 5.18×10
343.15 332.70 293.18
−11 −7 −7 −7
368.15 1×10 4.24×10 5.15×10 5.14×10
368.15 351.84 293.16
−11 −7 −7 −7
393.15 1×10 4.11×10 5.13×10 5.09×10
393.15 370.84 293.21
−11 −7 −7 −7
318.15 2×10 4.66×10 5.49×10 5.71×10

由表 2 可知，校准室体积较大，其气体温度基 343.15 2×10 −11 4.50×10 −7 5.45×10 −7 5.61×10 −7