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用来表达氦泄漏率的单位

2018.9.23

为什么用mbar · l/s 这个奇怪的单位来量化泄漏率？对此有没有解释？对于液体，直接说明液体的体积足以描述液体的量。举个例子，如果说水龙头滴水，那么在给定时间内水龙头滴出的水量仅仅用 l/h（升/小时）表示就可以了。然而，与液体不同的是气体是可以压缩和解压缩的。假设温度是保持不变的，那么气体的量可以表达为压强与体积的乘积。目前在讨论的单位“mbar ·l”就是告诉我们在“s”这个时间内气体的流失量。

　　背景：

　　“速率”所表达的概念就是“每单位时间内”。所以，出生率就是在告诉我们每年有多少孩子出生。而新车的还款率指的就是每个月要为这辆车付多少钱。因此，泄漏率就是在告诉我们每单位时间内有多少气体从漏洞流失。

　　让我们再举个例子，如果容器内有一升气体，且当前压力为 10 bars。如果这些气体通过容器壁上的一个漏洞向外泄漏，那么在正常大气压下（即 1 bar 的绝对压力），漏出气体的体积就会是十升。理想的气体定律是这样规定的：当气体从一种状（内部，10 bar · 1 l = 10 bar · l =10,000 mbar · l）转为另外一种状态（外部，1 bar · 10 l = 10 bar · l = 10,000mbar · l）时，压力和体积的乘积保持不变。如果将这一过程所花费的时间考虑在内，那么这就变成了“速率”，且在欧洲使用的这个单位就是 mbar · l/s。

　　可考虑的另一个泄漏率是 1·10-4 mbar ·l/s 的速率，一般被称作“水密”，这相当于直径小于 0.5 毫米/秒的细小盐粒大小的气体体积。

　　描述微小泄漏率的最好方式是把它想象成已知体积的气体从一个已知物体中泄漏所花费的时间。例如，像 1 · 10-11 mbar · l/s 这么小的泄漏率可以使用普发真空的氦质谱检漏仪进行测量。以这一速率，在大气压下，形成体积为1 cm3 的气泡要花费 3,170年的时间。

　　“毫巴”、“升”和“秒”这几个单位使用非常普遍且非常容易描述，只有“秒”这个时间单位是在国际单位制七个基本单位之一（国际单位制, 符号：SI）。这七个基本单位分别是：

用来表达氦泄漏率的单位

　　在真空技术中，最重要的物理量就是压力。这一单位可源自国际制单位。从定义上来讲，压力与每单位面积（单位平方米）承受的力（单位牛顿 = m*kg/s2）是一样的。因此，压力所产生的单位就是牛顿/平方米 (N/m²)，另外它还以帕斯卡的名字命名。100 帕斯卡相当于 1 毫巴。为了让我们在工作时使用较为熟悉的数值，单位帕斯卡前往往加一个前缀“hecto”意思是100。现在，压力的单位可用 mbar 和 hPa 表示相同的数值。

　　“升”也不是国际制单位。如果用国际制单位来表示泄漏率，我们需要用 Pa m3.s-1 来表示。这个单位是在日本确立的，当时的欧洲和其他一些说英语的国家正处于一个过渡期。对于泄漏率的表达也是一样，根据 DIN EN 1330-8的规定，将其称为“泄漏”率。

　　为了让您更容易理解，我们制作了两个小表格来表示压力、泄漏率以及数学基础。

用来表达氦泄漏率的单位