Page 30 - 《真空与低温》2026年第1期

宋云见等：磁悬浮转子真空计惰性气体校准研究 27

1 2 3
22 23 24 25
*
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8 14 21
7 15 30
9 16
31 32 33
17
10 11 12 36
34 35
18
13
37
Ar Kr Xe 19
20 38

1. FS13.3 Pa 绝压式电容薄膜真空计；2. FS1.33 kPa 绝压式电容薄膜真空计；3. FS133 kPa 绝压式电容薄膜真空计；
4、5、6、8、10、11、12、13、14、16、18、19、21、26、27、28、29、31、32、33、37. 阀门；7. 进气室 V 进 ；9. 微调阀；
15. 抽气室 V 抽 ；17、34. 涡轮分子泵；20、38. 机械泵；22. 非蒸散型吸气剂泵（Non-evaporable getter，NEG）；23. SRG-2CE；
24. SRG-01B；25. SRG-VIM1；30. 校准室 V 校 ；35. 溅射离子泵；36. 复合真空计。

图 1 磁悬浮转子真空计校准装置结构示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the calibration apparatus for SRG

1.3 实际切向动量传递系数 σ ef 校准方法 动量传递系数 σ ef 进行校准。实验开始时要保证磁
f
f
磁悬浮转子真空计的原理是气体分子与高速 悬浮转子真空计至少运行 3 h，以提高测量的准确
[11]
旋转的悬浮转子之间的摩擦力引起的衰减率与压 性 。由于磁悬浮转子真空计的残余阻尼和本底
力成正比。测量公式为 [16-18] ： 气体、涡流、温度等因素有关，因此，在每次实验测
[ ]
πvρd ˙ ω dT 试前，需要将校准室 V 校 抽至本底压力，记录六组磁
p = − −RD(ω)−2α （2）
20σ eff ω dt 悬浮转子真空计的残余阻尼并求取平均值。随后
−4
式中：d 为转子直径，m；v 为气体分子平均热运动 改变测试压力，测试压力范围为 10 ～1 Pa，每个量
3
速率，m/s；ρ 为转子密度，kg/m ；α 为热膨胀系数， 级分别选取三个压力点（分别在 3、6、9 等三个数
−1
K ；T 为温度；RD（ω）为涡流、温度、科里奥利力等 值点附近），待磁悬浮转子真空计示数稳定后连续
−1
−1
引起的残余阻尼，s ； − ˙ω/ω为角速度衰减率，s ； 测试六组，每个量级输出数据的时间间隔分别为
−1
−2
−1
σ ef 为实际切向动量传递系数，与转子的表面状况 10 s（1×10 ～ 1 Pa）、 20 s（1×10 ～ 1×10 Pa）、 30 s
f
−3
−2
−4
−3
相关，是唯一需要通过实验校准所获参数，校准公 （1×10 ～1×10 Pa）、60 s（1×10 ～1×10 Pa）。实
式为： 验中保证实验室内的环境温度为 23 ℃±1 ℃，开启
p ind 非蒸散型吸气剂泵以维持本底压力 [19-20] 。测试前
σ eff = （3）
三台 SRG 输入的转子密度为 7.7 g/cm ，输入的转
p std 3
式中：p in 为 d SRG 的实际测量压力，Pa；p st 为计算得 子半径为 2.25 mm。
d
到的标准压力，Pa。p st 计算公式如下：
d
2 实验校准与结果分析
p 0 V 15
p std = （4）
V 30 2.1 校准结果
式中：p 0 为膨胀前抽气室 V 抽 中的压力，Pa。由绝压 图 2 为对三种不同型号的磁悬浮转子真空计
式电容薄膜真空计 1 与 2 测得。 在 Ar、Kr、Xe 等三种惰性气体环境下的实际切向
本研究对三种不同型号的磁悬浮转子真空计 动量传递系数 σ ef 实验校准结果。
f
−4
在 Ar、Kr、Xe 等三种惰性气体环境下的实际切向 可以看出，在 1×10 ～1 Pa 压力范围内，三台