真空测量技术发展溯源

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真空测量技术发展溯源
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1 R" y6 u. f4 V8 A杨鸿鸣，王荣

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(1.河南师范大学物理与信息工程学院，河南 新乡，453003;
* k5 f- M2 b8 a. i2 G8 R2.河南机电高专)

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摘要：文中以确切的资料信息介绍了真空测量技术创始以来的发展过程，使人们永远记住这些在此领域作出突出贡献的劳动者以及他们的科学成就。


; X! Q8 A( f  l关键词：真空测量；真空计；发展史

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中图分类号：TB711 文献标识码：B
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　　真空，这个被定义为在给定的空间内，气体分子的密度低于该地区大气压的气体分子密度的状态，在人们的日常生活及工作中，在工农业生产实践中，在科学技术研究中不仅与之息息相关，而且已是一种必不可少的特殊环境条件。在漫长的科学技术发展史中，在真空物理与真空技术的发展史中，对真空的测量技术也一直伴随着进步与发展。
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! l% X1 K6 X4 \$ ?# s3 W3 M" o$ _　　1643年，伽利略的学生，意大利人E.Torricelli做出了世界上第一个衡量气体压强的装置，实验证实了大气压相当于760mm汞柱的压强(7.6×104Pa)，开创了定量测量真空程度的先河。

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　　19世纪中叶，英国发明家Bourdon发明了形变真空计，又称为Bourdon管真空计和负压表，其压强测量范围为105~103Pa，它是工业上应用最广泛的绝对型粗真空计之一。


　　1858年，德国玻璃工H.Geissler和J.Pliickre发明放电管真空计，其工作压强范围为100~10-2Pa，迄今为止，此真空计在真空度需粗略指示场合仍应用十分普遍。

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' R- E* P4 s* @/ u2 K, ^　　1874年，英国物理学家H.Mcleod发明压缩式液柱真空计，到目前为止，仍是真空科学技术领域最成熟，最基本的基准绝对型真空计，其压强测量范围为103~10-3Pa。
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　　1906年，英国人M.Pirani发明热导式热电阻真空计，可准确测量10 2~10 -1Pa的真空度。迄今，热电式真空计都是在此原理基础上派生出来的。
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+ o/ h. I7 I% ^( N, B　　1906年，W.Voege发明热导式热电偶真空计，可测量102~10-1 Pa，其是一种典型的绝对型粗真空真空计。

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　　1916年，美国人O.E.Buckley发明热阴极电离真空计，给人们测量高真空指出了一条光明大道，其压强测量范围为10-1~10-5Pa，它也是目前实际应用非常普遍的高真空真空计。

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　　1937年，荷兰人F.M.Penning 发明冷阴极磁控电离真空计，其压强测量范围为100~10-6Pa，性能粗犷耐用，但准确度欠高，也是一种常用的高真空真空计。


　　1940年，A.O.Nier研制成功磁偏转质谱计，它是典型的测量气体组分及分压强的真空计。其最高工作压强范围为10-1~10-2Pa，最小可检分压强为10-11Pa。

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　　1946年，W.Beams发明磁悬浮自悬转子粘滞真空计。它是一种绝对型高真空真空计，压强测量范围为10-2~10-5，由于其量程宽，精度高， 稳定可靠等优点而越发受到人们的青睐。

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　　1946年，J.R.Downing发明放射能电离真空计，其压强测量范围为10 1~10-2Pa。
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% M- H! T- C. ~1 [6 ?* H　　1948年，W.E.Stephens首先研制成功飞行时间质谱计，它是典型的一类气体组分与分压强测量的真空计*其最小可检分压强为 10-11Pa。

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; _7 ?9 a; u. Z7 {! E　　1949年,H.E.Sommer,H.A.Thomas,J.A.Hipple提出并演示了回旋质谱计，它也是测量气体组分及分压强的一类重要的真空计。它最小可检测分压强10-10Pa。
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　　1950年,美国人R.T.Bayard和D.Alpert发明热阴极超高真空电离真空计，其压强测量范围为10-1~10-8Pa，其又称为 B-A真空计，它使得真空测量领域有了历史性的突破， 它极大地推动了超高真空技术的发展。


& T4 ?* r- e/ p, [- l0 E　　1951年，D.Alpret,C.G.Matland,A.O.McGoubrey报道了他们的薄膜电容真空计。它也是一种与气体种类无关的绝对型真空计。而且由于其测量范围宽，精度高，耐高温， 耐腐蚀。在高科技领域中应用十分广泛， 其测量范围为105~10-5Pa。
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& S- D3 ]# N5 V; ^, _0 N" ~  o　　1953年，W.Paul,H.Steinwedel首先提出四极滤质器质谱计。此类真空计最小可检测分压强达10-14Pa ,最高工作压强为10-1Pa。

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　　1957年，德国人G.J.Schultz,A.V.Phelps发明了高压强电离真空计，尽量利用离子流的较好的线性等优点来代替热传导规的不足) 其压强测量范围为102~10-4Pa。

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　　1959年,M.Varicak发明半导体热敏真空计。测量范围为102~10 -4Pa，其制造工艺过于复杂难以推广应用。


) ?8 W( I! O5 J- R　　1960年，P.A.Redhead发明调制B-A电离真空计，测量压强下限拓宽至10 -10Pa。是一种典型实用的超高真空真空计。


　　1963年，W.C.Schuemann发明抑制型B-A电离真空计，其测量下限可达10-10Pa。
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　　1966年，J.C.Helmer，W.H.Hayward发明离子偏转收集型电离真空计，又称为弯注型B-A电离真空计。测量下限可达10 -11Pa，是一种很好的极高真空真空计。


3 M/ d+ l/ \; u　　1968年，J.Groszkowski发明又一种埋藏收集型电离真空计，测量压强下限达到10-11Pa，也是一种很好的实用的极高真空真空计。

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　　七十年代后的二、三十年中，真空测量技术领域在新原理方面没有出现明显突破性的进展) 较多的是在基本清晰的原理思路上的改进与补充) 处于一个相对稳定的时期。尤其是在极高真空区域内的测量，更是每前进一点都十分困难，而且经常伴随着反复。不过，新事物总是不断地产生着。如1971年报导的光散射绝对型真空计，可测至10-9Pa压强，1972年提出的场致显微镜真空计，可测至10-14Pa。1973年提出的管型倍增器真空计，预计可测至10-14Pa压强;1974年报导的脉冲放电真空计，1977年报导的激光电离真空计预计可测至10-11Pa真空度；1992年报导的离子谱真空计可测至10-12Pa真空度，等等。


　　今天 成千上万的科学工作者及技术人员正在高科技领域中，以极大的热情对于压强小于10-11Pa的真空状态的准确测量进行不懈的探索与研究，人们满怀希望地期待着新原理、新思想方法的出现。同时， 人们也在不断努力提高真空测量的准确度，尤其是不同方法的重叠区域的正确校准测量，以及真空计的稳定性、自动化、智能化、可靠性、环境适应性等方面的改进与提高。

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　　纵观真空科学技术的发展史，每取得点滴成绩与进步，都是人类智慧与辛勤劳动的汗水的结晶，人类征服自然的脚步永不会停止，我们坚信，在真空测量领域里，令人激动与鼓舞的新成果将会不断涌现， 真空科学技术将会奔向新的高峰。
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参 考 文 献
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5 w% G6 B( i3 n$ ~8 W1.[美]G.L.威斯勒，R.W.卡尔森主编， 真空物理和技术[M]. 北京： 原子能出版社,1990

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2.唐政清，真空测量[M]. 北京：宇航出版社，1992
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1 x" U% x4 a9 M8 _4 e! a0 i* ?3. 李旺奎. 极高真空测量和超高真空校准[J]. 真空技术 1975,4(2);
& t  y9 R: Z! L! \- [: b6 s8 n
4 F  z( S7 I5 c6 v% q+ o9 {/ ^" |
! s, I7 i6 n- C+ R0 ]4 Z.Hulek.全压和分压测量的发展[J] 真空, 1988,(6);


1 |0 s0 b! i2 s& D9 p, @: F( `5 白鹤祥.真空测量的现状与发展预测[J].真空与低温, 1986:5(3);
( c, V3 h$ B- f- ~3 z3 Q1 C

) |( b) t8 B) T) B! b; j% x+ q1 d6 华中一. 极高真空展望.真空技术[J].1978,7(2);


) G2 _/ s7 e8 l7李旺奎,刘强,吕时良.日本的极高真空技术研究[J].真空,1995,(4);
& s  G+ z' n( q3 B
% i/ C! g. L4 \3 A9 `9 v2 t
8[苏]г,д 萨克萨甘斯基.辐射物理装置中的超高真空技术[M].北京: 原子能出版社,1984
. J  r8 d2 h. C: I/ O. \  d

7 Q) c" t/ ?( P2 o: g. {$ G9 陈丕瑾, 真空的科学技术[M].北京: 国防工业出版社,1987


10 杰. 亚伍德.高真空技术[M].北京: 科学出版社, 1954


* p" C3 e; u' y' r3 [% m11 胡汉泉, 王迁 主编.真空物理与技术及其在电子器件中的应用[M].北京:国防工业出版社, 1982


% W! W0 M- L4 k3 LTrace to the Source of Vacuum Measurement
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3 u4 X! h& H2 F- H' ]YANG Hong-ming1,WANG Rong2
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(1.Physicas&Information Enginceing College,Henan Normal University,Xinxiang,453002)

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6 P- ]2 q8 n& x# n: L- t4 [( kAbstract: In this paper,we introduce the development process of vacuum measurement technique from initiating by conclusive material.Let people remember the workers of making outstanding contribution and their scientific accomplishment


Key words: vacuum measurement;vacuum meter;development