泰州市气象局 徐为进 ( 江苏 泰州 225300)
泰州市计量测试技术研究所 康强 张小洁 季中托
摘要：差压式真空度测量是0.1-100kPa(1-760 乇) 范围的一种常用测量方法。这种方法存在着一定的局限性和较大的系统误差。这一点在工程实践中往往被忽视。本文讨论了差压式真空度测量的基本定义以及对其影响较大的环境大气压变化的基本规律，并对误差进行了定量分析。另外，还讨论了如何在工程中正确使用差压式真空度仪表的有关问题。关键字：真空度测量 环境大气压 系统误差 1 差压式真空度测量的局限性和系统误差
差压式真空度测量是一种比较原始的、但是至今还在真空工程中广泛采用的一种测量方法。许多真空测试仪表就是根据这一原理制成的，如u形管(开口式)液位真空计、蜗管式指针真空表、波纹管真空压力开关、差压式真空厢力传感器等等。其原理是以大气压强为参考量，通过测试压差的方法来测量奠空度的。从严格意义上说，这类仪表的示值并不是真空度值，而
是一个压差值。因此，其规范的示值标定方法是：当被测容器中气体 压强从环境大气压逐渐变化到 0 时，对应的示值从。变化到-101.325kPa(当环境大气压等于一个标准气压时)，或者近似表示为：0--0.1MPa。这就是常见的真空压力表的刻度。
尽管有些差压式真空测量仪表沿用了绝压仪表的刻度方法，但是它仍娜无法正确读出真空度的数值，一些采用差压式原理传感器的数字式真空度仪表也有类似情况。另外，在低真空范围类，多种真空度计量单位和刻度方法实嘲上还在并行使用，也容易产生一些误解 。但是，最容易被忽略且影响最大的，还是环境大气压的变化引起的差压式测量的系统误差。
在低真空范围内，用差压式仪表测得的真空度 P 可用下式换算表示：
P = PA + PS (1)液压设备
式中，P为真空度： P∈（0-PA）；
PS为仪表示值： PS∈（0-PA）；（P金丹四百字S<0；）
PA为环境大气压：
PA = Po + ΔP；或 ΔP = PA-Po (2)
Po为标准大气压强；Po=101.325kPa
ΔP：为环境大气压与标准大气压之差，即：环境大气压的变化量；
将式2代入式1，可得：
P = Po + PS + ΔP (3)
式 3 说明了：要用差压式仪表正确测出真空度，必须加上环境大气压的变化量△P这一修正量；而该修正量△P是由测试方法本身产生的，且有一定的规律，因此可以归入系统误差一类。
另外，当真空度不变时，设 P+Po= C (C为常数)，将式 3 加以变换，可得： PS = P - Po-△P
即：
PS = C - △P （4）
式 4 说明：尽管真空度 P 不变，但由于环境大气压的变化量△P的影响，仪表也会有不同的示值PS，所以，差压式仪表直接测量真空度，很容易得出错瀑的结果。
值得注意的是，△P带来的测量系统误差是很大的，以常见的蜗管式指针辩表为例，其精度等级一般为1.5级至 2.5级，而该系统误差最大有时可达10倍以上。
2 环境大气压的变化规律和变化范围
一个标准大气压强为101.325kPa，或者用气象学常用单位百帕(hPa)来表示，则等于1013.25hPa。但是我们所处的环境大气压是随时随地而变化着的。影响环境大气压的主要因素有：海拔高度、季节和气候变化、纬度的变化、海洋和内陆等等。
1海拔高度的影响
海拔高度是对环境大气压影响最大的因素。随着海拔高度的上升，大气目强明显下降。气象学上通过所谓的理想气柱理论来推算 。一般地说来，在海拔不太高的情况 (<3000m) 下，海拔每上升100米，气压大约下降 10 百帕左右。但是由于各地区的气温、湿度、纬度地型地貌的不同，海拔高度相同而年平均大气压不同的情况也是很多的。根据气象部门提供的历史资料，将我国一些大城市的海拔高度和年平均大气压对照列表见表一。
表 1 我国一些城市的海拔高 度和年平均大气压对照表
城市 | 北京 | 上海 | 西宁 | 广州 | 贵阳 | 昆明 | 兰州 | 拉萨 | 西安 |
海拔 m | 60 | 3.7 | 2261 | 18 | 1071 | 1891 | 1517 | 3658 | 957 |
大气压 hPa | 1007 | 1013 | 769 | 1008 | 884 | 802 | 840 | 643 | 902 |
| 季诺维也夫 | | | | | | | | | |
图1 是我国有地区代表性的大城市的即时大气压强的分布情况。图中可以看到，我国各地区大城市的即时大气压强的分布离散性还是很大的最高1015百帕（上海）与最低665百帕（拉萨）之差为350百帕，这个差值之大，达到了一个标准大气压的34%。
2．季节和气候的影响
(1) 季节的影响：大气压强随季节的不同而呈现周期性的变化。图 2 为几个典型地理条件的城市(地区)的年大气压变化的周期曲线图。其变化最大范圈为士8~lOmmHg海恩法则，即± 10-13.3百帕。
大气压随季节变化分为大陆型和海洋型两种类型。
大陆型：在大陆上，一年中气压最高值出现在冬季，最低值出现在夏季，气压年较差大。如北京的气压年较差可达19.6mmHg，即26百帕。我国大陆上绝大部分地区，气压的年变化都可归为大陆型。如(图 2) ，气压年变化的大小，匡一般由低纬向高纬逐渐增加。
海洋型：在海洋上，一年中气压最高值出现在夏季，而最低值出现在冬季，由于海洋上的气温年较差比大陆上的 气温年差较小，因而海洋型气压年变化要比大陆型小。
(2) 气候的影响：气候变化引起大气压的变化是由于高气压，低气压系统的移动和发展而引起了气压的非周期变化。气压的变化与大气运动密切相关。一年中，气压的非周期变
化一般在 970 到 1040 百帕之间。特殊情况，如台风苣中心的气压可低于 900 百帕；在我国部分地区最高气压可达 1080 百帕以上。海平面气压的极大值和极小值相差可超过 100 百帕。
我国大陆气压的年振幅各地相差也很大，但其分布有一定的规律。福建以南沿海各地在 16 百帕左右，东部沿海及东北南部地区在 21 百帕左右，华北平原、华中、中南及四川盆地一般在 24 百帕以上，至于东北北部及西北西南地势较高的地方年振幅在 13 百帕以下 ，拉萨只有5.3百帕。北京的年振幅如上述可达腕表式激光仪 26 百帕。
在一天 24 小时内，环境大气压也有变化，不过相对较小，大约为几个百帕。
综上所述，季节和气候所引起的大气压的变化范围一般在± 20 -30 百帕以内，极限的情况可达 -100-+50 百帕；其波动为一个标准大气压的± 2-3 ％和-10- +5 ％ 。 对于工程中常用的精度等级为1.5 级和2.5级真空表而言，这样大的波动已经达到仪表引用误差的 1-5 倍，应该引起足够的重视。
3 真空设备( 系统 )采用差压式真空度仪表时应该注意的事项
1. 根据设备或系统的特点决定是否可以采用差压式真空度仪表，一般情；况下应优先
考虑采用绝对压力式的真空仪表。
由于差压式真空度仪表( 尤其是涡管式指针真空表 )具有价格低廉使用方便，显示直观的优点，所以往往成为厂家或用户的首选。这对于一些要求不高的设备有时可能影响不大( 比如用 作一般性的监示仪表 )，但对于大多数设备，尤其是一些真空应用设备( 如真空冻干、真空浸渍、真空滤油等 )或其他一些对真空工艺有一定要求的场合，都是不应采用的，而应使用的绝压式真空度仪表，以保证真空应用工况。使用差压式真空仪表是无法直接指示容器内的真空度的，也就更无法正确实现真空度自动控制。
目前还有一些真空机组( 如常见的水环泵-水环泵机组、旋片泵-罗茨泵机组)使用电接点真空表(一种在指针上带有电接点的真空表)来实现前级一系统的启停转换，这样做虽然可以降低一点生产成本，但是，由于这种电接点真空表不仅稳定性、可靠性不好，而且也是一种差压式的仪表，环境大气压的波动带来很大的系统误差，从而不能保证机组在规定的真空度实现启停转换，而影响到机组的效率和泵的安全。
2．对于设备或系统的使用中差压式真空仪表，如何将其示值换算成真空度绝压值？
由于历史的原因，差压式仪表( 主要是真空压力表 )还在广泛地使用，其示值表示一个压差值。如需转换成真空度的绝压值，可按第一章中的( 式 1)来计算。具体方法如下：
(1) 当本地气压近似等于标准大气压时，Ps = Po = 101.325kPa：
设 仪表显示值为：Ps = -0.08MPa = -80kPa；
则 实际真空度为：P = PA + Ps
| = Po + Ps |
| = 101.325 + (-80) |
| = 2l.325(kPa) |
| |
(2) 当本地气压与标准大气压相差较大时，可先用气压表测出(或通过气象部门资料查出)本地气压值，再代入式 l 计算；
例如： 设 仪表显示值 Ps = -O.08MPa = -80kPa ：
本地气压为 900 百帕，即 PA = 90kPa
则 ：实际真空度为：P = Po + Ps
3．真空设备或应用系统的有关合同或协议中，凡有关真空度计量单位的誉产品技术指标或验收标准，应该尽量采用真空度绝对压力单位 Pa 或 kPa 太中银表示。
许多真空设备或真空系统中采用的了差压式的真空表，所以在签订有关合阴或技术协议时，往往采用了差压式真空仪表的示值单位来作为产品技术指标或验收的技术条件的计量单位，这是不严密且不科学的，这样很容易应起供需双方的歧义。
例如，双方合同的技术条件中写明了设备的工作真空度要求达到-0.085MPa，而厂方位于南京，用户位于昆明，设备在南京调试好送到用户所在地，用户使用后应用系统产品不合格，这时发现真空表显示为-0.065MPa，故认为是设备制造的质量问题，提起诉讼 ，要求厂方赔偿经济损失，居然一度胜诉。其实双方测得的真空度是一样的，都是20kPa，厂方的设备根本没有问题。至于真空表显示的差值，实际上就是双方所在地区的环境大气压的差值。假如当时合同写明真空度绝压值，就不会有这不必要的诉讼了。
另外，南京某公司为内蒙古某单位提供的真空应用设备，也出现过类似的问题，售后服务人员穿梭于两地忙碌。后来公司改用绝压式的数字真空仪表作显示和测控，从根本上解决了问题，还提高了产品的质量，扩大了用户面。
4 结束语
1．差压式真空度测量是用于低真空范围一种测量方法，蜗管式真空压力表是其广泛应用的典型代表。这种测量仪表的示值表示容器内气体压强与现场环境大气压强之差。用这种仪表测量真空度有一定的局限性。
2．环境大气压的变化范围较大，异地的差值可达 l／3 标准大气压；对于同一地方，一般波动大约为标准大气压的 -5％ ～ +2％，极限的情况可达-10％ ～ +5％。
3．使用差压式仪表测量时，须注意现场的环境大气压的情况，并熟悉换算成绝对压力的方法；建议更多的采用绝压式的真空度测量仪表。
参考文献
[1] 真空设计手册 兰州物理研究所主编 97.2
[2] 真空技术名词术语 GB 一 3163--82
[3] 真空测量 刘玉岱 真空 98.1
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