磁懸浮轉子粘滯性規原理
發布時間:2019-05-07 17:23:14 | 人感興趣 | 評分:3 | 收藏:
磁懸浮轉子粘滯性規是一種新型的衰減型粘滯性規。雖然它的原理早在1937年就由赫爾姆斯( Helmes)進行了描述,但直到1973年Fremerey應用一小尺寸磁體懸浮才真正完成了磁懸浮轉子粘滯性規的實用性,通過在轉子頻率信號測量方面的一些改進,于1979年正式投入商業使用。磁懸浮轉子粘滯性規的結構如圖11-33所示,規管內有一個懸浮在真空中自由旋轉的直徑約4.5mm的金屬小球(轉子),規管外有一對磁體和三組電磁線圈。轉子受到的重力和磁體所施加的磁力相互抵消,但這種懸浮不穩定,因此一組垂直布置的電磁線圈用以調節轉子的懸浮位置,使轉子懸浮在穩定位置。另兩組水平對稱布置的正交電磁線圈采用相移900的雙相電源供電,以形成旋轉磁場,使轉子加速到410Hz左右。當旋轉磁場停止后,轉子在真空中自由旋轉,在氣體分子的作用下轉子轉速將衰減,轉子轉速的衰減率通過一組旋轉電磁線圈來測量,磁懸浮轉子粘滯性規就是利用轉子轉速的相對衰減率與氣體壓力成正比的關系來測量壓力的。
圖11-33磁懸浮轉子粘滯性規
1-轉子;2-管殼;3-磁體;4-轉子垂直穩定線圈;5-轉子旋轉線圈;6-水平儀;7-連接法蘭。
磁懸浮轉子粘滯性規測量壓力的基本公式為
式中 p—壓力;
—氣體分子的平均速度;
P—轉子材料的密度;
d—轉子的直徑;
—切向動量傳遞系數;
在式(11-34)在分子流條件下成立,隨著氣體壓力的增大,氣體的性質將從分子流向粘滯流過渡,式(11-34)不再適用,磁懸浮轉子粘滯性規的測量范圍約為1Pa—l0-4Pa。
磁懸浮轉子粘滯性規在氣體分子存在的條件下工作時,轉子轉速將衰減,其原因有兩個,一是轉子的動量傳遞給與轉子發生碰撞的分子(分子阻尼),二是轉子磁矩的旋轉分量產生的渦旋電流引起的損耗及雜散磁場產生的阻尼(殘余阻尼)。考慮這兩種阻尼,式(11-34)應修正為
種阻尼是測量壓力的依據,第二種阻尼與氣體的壓力無關,測量時應扣陳。式(11. 35)中項代表兩種阻尼的總和,第二項代表與壓力無關的殘余阻尼,二者抵消后就是氣體分子引起的阻尼。因此實際測量時應采用式(11-35),這就要求在壓力測量前準確確定殘余阻尼。測量殘余阻尼要在足夠高的真空條件下進行,這時殘余阻尼相對于分子阻尼成為主要的,分子阻尼可以忽略。
磁懸浮轉子粘滯性規的轉子無需機械懸吊,內部沒有電子、離子、熱和輻射產生,測量時不改變氣體成分和壓力,規殼體積小(僅幾毫升),吸放氣現象可以忽略,無抽氣效應,這些顯著優點使磁懸浮轉子粘滯性規獲得越來越多的應用。該規還具有很好的穩定性,是目前中高真空范圍內性能z*為優良的一種真空規,經常作為參考標準對其它真空規進行校準或作為真空標準之間比對的傳遞標準。
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