真空技术是一门基础科学技术，在各行各业都有着广泛的应用，例如半导体制造、航空航天、太阳能光伏、真空镀膜等等。本文汇编了一些常用真空术语，方便大家进一步了解真空技术。
真空基础知识
目前业内的真空测量设备，粗真空环境或正压环境一般使用相对真空度，高真空和超高真空环境一般使用的是绝对真空度，具体请参照仪表说明书。
为了便于理解，下图是当地大气压为一个标准大气压时，相对真空度和绝对真空度的运算关系：
1、真空
在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象。
2、真空度
处于真空状态下的气体稀薄程度，通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。
3、极限真空
真空容器经充分抽气后，稳定在某一真空度，此真空度称为极限真空。通常真空容器须经12小时炼气，再经12小时抽真空，最后一个小时每隔10分钟测量一次，取其10次的平均值为极限真空值。
真空获得技术
1、流量
在真空泵的吸气口处，单位时间内流过的气体量称为泵的流量，符号用“Q”表示，其单位为Pa·m3/s或Pa·L/s。
2、流导
表示真空管道通过气体的能力。单位为升/秒（L/s），在稳定状态下，管道流导等于管道流量除以管道两端压强差。符号记作“U”。
U＝Q/(P2-P1)
根据定义，流导是指气体流量除以管道两端的压力差，因此，流导的单位与抽速（单位时间的体积）相同。
●管路的流导
管路的流导即管路的通导能力，表示气流在管路中的通过能力。当管路两端存在压力差(P2-P1)，流经管路的气体流量为Q时，则管路流导U的定义式为:
U＝Q/(P2-P1)
其中U是通导，Q是气体流量，P2和P1是管道两端的压强差。
由上式可知，管路的流导是在单位压差下，流经管路的气体体积流量，其单位为m/s,或用L/s表示。真空系统中的各元件，如管道、阀门、捕集器、除尘器等都希望流导尽可能大，以使气体能顺利通过。因此，流导是真空系统元件设计计算的重要参数。
通导是指真空系统中各部分对气体流动的阻碍程度。它与管道的长度、截面积、形状、粗糙度、弯曲程度等有关。
例如，如果一个管道的长度为1米，截面积为0.01平方米，两端的压强分别为10千帕和1千帕，每秒通过的气体流量为0.1升，那么它的通导为0.01升/秒。
3、抽气速率
单位时间内流过泵入口的气体体积称为泵的抽气速率，抽气速率的单位为m3/s或L/s，用S表示。
一般真空泵的抽气速率与气体种类有关，因此给定的泵的抽气速率均表示对某种气体的抽气速率，如无特殊标明，多指对空气的抽气速率。
泵对给定气体A的抽气速率SA为气体A流过泵入口的流量QA与气体A的分压力pA的比值如下式所示：
SA=QA/pA
抽速是指真空泵在单位时间内从真空系统中抽出的气体体积。它与真空泵的类型、结构、工作参数和真空度有关。例如，如果一个真空泵在1千帕的压强下，每秒可以抽出1升的气体，那么它的抽速为1升/秒
4、抽速系数
泵的实际抽气速率与泵入口面积按分子泻流计算的理论抽气速率之比。
5、启动压力
泵无损坏启动并有抽气作用时的压力，其单位为Pa。
6、前级压力
排气压力低于101.325kPa的真空泵的出口压力，其单位是Pa。
7、最大前级压力
超过了它能使泵损坏的前级压力，其单位是Pa。
8、最大工作压力
对应最大抽气量的入口压力，在此压力下，泵能连续工作而不恶化或损坏，其单位是Pa。
9、返流率
泵按规定条件工作时，与抽气方向相反而通过泵入口单位面积、单位时间的泵液的质量流，其单位是g/（cm2·s）。
10、冷阱（水冷挡板）
置于真空容器和泵之间，用于吸附气体或捕集油蒸汽的装置。
11、真空泵的应用
根据真空泵的性能，在各种应用的真空系统中可扮演以下各种角色。
❶主泵：在真空系统中，用来获得所要求的真空度的真空泵。
❷粗抽泵：从大气压开始，降低系统的压力达到另一抽气系统开始工作的真空泵。
❸前级泵：用以使另一个泵的前级压力维持在其最高许可的前级压力以下的真空泵。前级泵也可以做粗抽泵使用。
❹维持泵：在真空系统中，当抽气量很小时，不能有效地利用主要前级泵，为此，在真空系统中配置一种容量较小的辅助前级泵，维持主泵正常工作或维持已抽空的容器所需之低压的真空泵。
❺粗(低)真空泵：从大气压开始，降低容器压力且工作在低真空范围的真空泵。
❻高真空泵：在高真空范围内工作的真空泵。
❼超高真空泵：在超高真空范围内工作的真空泵。
❽增压泵：装于高真空泵和低真空泵之间，用来提高抽气系统在中间压力范围内的抽气量或降低前级泵容量要求的真空泵(如机械增压泵和油增压泵等)。
真空计算公式
1玻义尔定律
玻义尔定律是描述理想气体在恒温条件下，压强和体积成反比的定律。它的数学表达式为：
P1V1=P2V2
其中，P1和V1是气体的初始压强和体积，P2和V2是气体的最终压强和体积。例如，如果一个容器中有1升的气体，压强为1大气压（101.3千帕），那么当我们将容器的体积减少到0.5升时，气体的压强将增加到2大气压（202.6千帕）。
2盖·吕萨克定律
盖·吕萨克定律是描述理想气体在恒容条件下，压强和温度成正比的定律。它的数学表达式为：
P1/T1=P2/T2
其中，P1和T1是气体的初始压强和绝对温度（开尔文），P2和T2是气体的最终压强和绝对温度。
例如，如果一个容器中有1升的气体，压强为1大气压（101.3千帕），温度为273K（0℃），那么当我们将容器的温度升高到546K（273℃）时，气体的压强将增加到2大气压（202.6千帕）。
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查理定律
查理定律是描述理想气体在恒压条件下，体积和温度成正比的定律。它的数学表达式为：
V1/T1=V2/T2
其中，V1和T1是气体的初始体积和绝对温度，V2和T2是气体的最终体积和绝对温度。
例如，如果一个容器中有1升的气体，压强为1大气压（101.3千帕），温度为273K（0℃），那么当我们将容器的温度升高到546K（273℃）时，气体的体积将增加到2升。
4平均自由程
平均自由程是指分子在相互碰撞之间所行进的平均距离。它与分子的密度、速率和截面积有关。它的数学表达式为：
λ=KT/(√(2)πd2P)
其中，λ是平均自由程，K是玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K），T是绝对温度，d是分子直径，P是分子压强。
例如，对于空气分子，在标准状态下（101.3千帕，273K），其平均自由程约为6.6×10-8m；而在高真空状态下（10-6千帕），其平均自由程约为66m。
5抽速
抽速是指真空泵在单位时间内从真空系统中抽出的气体体积。它与真空泵的类型、结构、工作参数和真空度有关。它的数学表达式为：
S=Q/P
其中，S是抽速，Q是气体流量，P是气体压强。
例如，如果一个真空泵在1千帕的压强下，每秒可以抽出1升的气体，那么它的抽速为1升/秒。
6通导
通导是指真空系统中各部分对气体流动的阻碍程度。它与管道的长度、截面积、形状、粗糙度、弯曲程度等有关。它的数学表达式为：
C=Q/(P2-P1)
其中，C是通导，Q是气体流量，P2和P1是管道两端的压强差。
例如，如果一个管道的长度为1米，截面积为0.01平方米，两端的压强分别为10千帕和1千帕，每秒通过的气体流量为0.1升，那么它的通导为0.01升/秒。
7真空抽气时间
真空抽气时间（pumpingtime）是指从初始压强到达目标压强所需要的时间。它与真空系统的容积、初始压强、目标压强、抽速、通导、漏率等有关。它的数学表达式为：
t=Vln(P0/Pf)/(S-CL)
其中，t是真空抽气时间，V是真空系统的容积，P0是初始压强，Pf是目标压强，S是抽速，C是通导，L是漏率。
例如，如果一个真空系统的容积为10升，初始压强为101.3千帕，目标压强为10-3千帕，抽速为10升/秒，通导为5升/秒，漏率为10-6升/秒，那么它的真空抽气时间约为23.5秒。
8维持泵
维持泵是指用于维持高真空或超高真空状态的真空泵。它与真空系统的容积、目标压强、漏率等有关。它的数学表达式为：
S=VL/P
其中，S是维持泵的最小抽速，V是真空系统的容积，L是漏率，P是目标压强。
例如，如果一个真空系统的容积为10升，目标压强为10-9千帕，漏率为10-12升/秒，那么它需要的维持泵的最小抽速约为10-3升/秒。
9扩散泵抽速
扩散泵的抽速与其口径、工作流体和前级泵的抽速有关。一般情况下，可以用下面的公式估算扩散泵的抽速：
Sd=0.5D2KSp
其中，Sd是扩散泵的抽速（L/s），D是扩散泵的口径（cm），K是工作流体的系数（对于硅油为0.6，对于水银为0.4），Sp是前级泵的抽速（L/s）。
10罗茨泵的前级抽速
罗茨泵是一种容积式真空泵，它需要配合前级泵使用，以达到较高的极限压强。罗茨泵的前级抽速应满足下面的条件：
Sp≥SrPr/Pe
其中，Sp是前级泵的抽速（L/s），Sr是罗茨泵的几何抽速（L/s），Pr是罗茨泵的极限压强（Pa），Pe是罗茨泵的出口压强（Pa）。
11漏率
漏率是指真空系统中由于密封不严或其他原因而进入系统的气体流量，它直接影响了真空系统的性能和稳定性。漏率可以用下面的公式计算：
Q=S(P2-P1)/(t2-t1)
其中，Q是漏率（Pa·L/s），S是系统的有效抽速（L/s），P1是系统内部的压强（Pa），P2是系统外部的压强（Pa）。
12粗抽泵抽速
粗抽泵是指用于从大气压或较高压力下抽取气体到中等或低压区域的真空泵，如旋片泵、滑片泵、液环泵等。粗抽泵的抽速选择应考虑以下因素：
1系统的容积：系统容积越大，所需抽速越大；
2系统的漏率：系统漏率越大，所需抽速越大；
3系统的工作压力：工作压力越低，所需抽速越大；
4系统中存在的气体种类和量：不同气体对真空泵有不同的影响，如水蒸气会降低旋片泵的极限压强，氢气会增加扩散泵的负载等；
5系统的工作时间：工作时间越长，所需抽速越大。
根据以上因素，可以用下面的公式估算粗抽泵的最小抽速：
Sp≥V/tln(P0/P1)+Q
其中，Sp是粗抽泵的最小抽速（L/s），V是系统容积（L），t是预定达到工作压力所需时间（s），P0是初始压力（Pa），P1是工作压力（Pa），Q是系统漏率（Pa·L/s）。
13前级泵抽速
前级泵是指用于从中等或低压区域抽取气体到高真空或超高真空区域的真空泵，如分子泵、扩散泵、吸附泵等。前级泵的抽速选择应考虑以下因素：
1后级泵的抽速：后级泵的抽速越大，所需前级泵抽速越大；
2后级泵的极限压强：后级泵的极限压强越低，所需前级泵抽速越大；
3前级泵的极限压强：前级泵的极限压强越高，所需前级泵抽速越小；
4系统的漏率：系统漏率越大，所需前级泵抽速越大；
5系统中存在的气体种类和量：不同气体对真空泵有不同的影响，如水蒸气会降低扩散泵的极限压强，氢气会增加分子泵的负载等；
6系统的工作时间：工作时间越长，所需前级泵抽速越大。
根据以上因素，可以用下面的公式估算前级泵的最小抽速：
Sp≥Sb*Pb/Pe+Q
其中，Sp是前级泵的最小抽速（L/s），Sb是后级泵的抽速（L/s），Pb是后级泵的极限压强（Pa），Pe是前级泵的出口压强（Pa），Q是系统漏率（Pa·L/s）。
14扩散泵抽速计算
扩散泵是一种动量转移式真空泵，它利用高速喷射的工作流体将气体分子从低压区域输送到高压区域。扩散泵的抽速与其结构、工作流体和工作条件有关。扩散泵的抽速可以用下面的公式计算：
Sd=CdAsqrt(2RT/M)
其中，Sd是扩散泵的抽速（L/s），Cd是扩散喷嘴的放大系数（一般为3~5），A是扩散喷嘴的出口面积（m2），R是气体常数（8.314J/mol·K），T是工作流体的温度（K），M是工作流体的摩尔质量（kg/mol）。
15旋片真空泵的几何抽速计算
旋片真空泵是一种容积式真空泵，它利用旋转的叶片将气体从进口端吸入，并在出口端排出。旋片真空泵的几何抽速与其结构和转速有关。旋片真空泵的几何抽速可以用下面的公式计算：
Sr=Vn/60
其中，Sr是旋片真空泵的几何抽速（L/s），V是旋片真空泵每转一周所排出气体的容积（L），n是旋片真空泵的转速（rpm）。
16O型橡胶槽深
槽深应该是橡胶直径的0.7倍左右，以保证密封效果。槽宽C＝1.6B，即槽宽应该是槽深的1.6倍左右，以保证橡胶有足够的空间变形，其计算工试为：
B＝0.7D
其中，B是槽深，D是橡胶直径。这个公式的依据是，当O型橡胶受到压力时，它会发生变形，变形后的截面积应该保持不变。
例如，如果一个O型橡胶直径为10mm，那么它的槽深应该是B＝0.7×10＝7mm，槽宽应该是C＝1.6×7＝11.2mm。
17槽深
槽深应该是方形橡胶边长的0.8倍左右，以保证密封效果。槽宽C＝1.67B，即槽宽应该是槽深的1.67倍左右，以保证橡胶有足够的空间变形，其计算工试为：
B＝0.8A
其中，B是槽深，A是方形橡胶边长。这个公式的依据也是，当方形橡胶受到压力时，它会发生变形，变形后的截面积应该保持不变。
例如，如果一个方形橡胶边长为10mm，那么它的槽深应该是B＝0.8×10＝8mm，槽宽应该是C＝1.67×8＝13.36mm。
