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低量限气体流量计及其理论分析

时间:2018/04/02来源:未知

摘要:本文提出了一种适用于离子源及分析仪器的低量限气体流量计,并进行理论分析,指出了粘滞流的工作模式;描述了流量计的结构和给出了实验结果.理论分析计算与实验基本符合.本流量计选用毛细管为感受器,并经皂膜法标定.具有***小可检量低(2.8×10-5Pa·m3/s,即1大气压ml/h),并可方便地连续测量的特点.压差显示器采用套管式结构,能防止显示液外溢和污染真空系统.***后给出了两个应用实例,测量了潘宁“Penning”型和考夫曼“Kaufman”型离子源的气体耗量. 

0引言在离子源技术中,气体耗鼠是一个重要的技术指标,关系到离子源的效率及对真空系统的设计要求,为了保证离子源的正常工作,必须对进气量的大小进行检测和控制.工业牛产的各种流量计,如节流式差压流量计,浮子流量计等,对用在离子源上,其虽限均嫌大大。近年来,能用作小流量检测的流量计已有报导山。孔毛1。但是,其中有些只能间断测量,既不方便,又影响准确性;另有些缺乏理论分析甚至有缺陷。大家根据毛细管流址计结构简单、灵敏度高的特点,首先从理论上分析气体在毛细管内流动的特殊规律,提出了粘名检流的工作模式,作为流量计的设计依据。通过合理选择毛细管的几何尺寸,使得在测量范围内,气流量与管子两端气压差成正比。自制的流***计,结构上采用毛细管为感受器;降液套管式压差计为显示器;并用皂膜法标定。与通常的U形管流员计相比,具有***小可检量低(2.8x10一`P.anI“/。);能连续检测与控制;能防止显示液的外溢和污染系统等特点.实验与理论计算基本一致。


1、工作模式:
 气体属于可压缩流体。其流量通常可分为气体流量,的联系。气体的流量是指单位时间内通过导管截面的气体量,容积流量和质量流鼠,三者有一定可用下式定义
计算公式
 式中:P为气体的密度。离子源使用的气体流量和流速较工业上节流装置中的要远小得多,管道内气压接近一个大气压或更低。因此,设计流量计时,必须考虑到这种小流量,低流速及低气压的流动特点。根据气体分子运动论,在具有上述特点的导管中,气体流动可处于三种不同状态:即粘滞流,分子流和粘滞—分子流。当气体分子的平均自由程凡与管道直径d满足关系式:
时,气体流动属于粘滞流状态阳.此时流过园形管道的气流量由哈根泊翟叶公式得:
计算公式
这里C近似为常数。由此可见,对于某种气体及工作温度,给定毛细管的几何尺寸,则气体流量与压强差成正比。称(8)式为流量计粘滞流.工作模式的数学表达式。顺便指出,由于气体流速低,导管内气压变化不大,可将气体密度近似为常数,按不可压缩流体,藉助流体力学的理论朗62t来处理。实际流休,由于粘性,流动过程中要克服内康擦阻力而损失机械能,表现为沿管路产生压强差。研究表明,对两种流动状态:层流和紊流,其压强差的计算公式形式相同『51,即
计算公式等资料

表 1 气 体 的转换 系数
表1气体的转换系数
3 应用实例 图
 结构与标定流t计的结构流量计的工作原理如图1。它由两部分组成:毛细管感受器1和套管式压差显示器2
4、结论:(1)按粘滞流工作模式设计的套管型气体流量计,***小可检量低,测量范围广,线性好以及能连续检测与控制,适合供离子源及其它真空仪器使用;(2)本流量计的***小可检测量为2.8x10’6P.am吕/。,由公式(8)知,***小可检测量还可通过对毛细管几何尺寸进行优化设计,进一步降低;(3)流量计用来测定不同种类气体流量时,需要分别进行标定,或者按(11)式进行换算。

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