--- title: "泵很大，为什么样品旁边还抽不干净" description: "气体先走过管道，才能到泵。沿这条路看懂抽速与流导，再用腔壁放气、压力计和氦示踪解释降不下来的压力。" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ultra-high-vacuum-system/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/instruments/ultra-high-vacuum-system/" last_modified: "2026-11-12" --- [物理仪器怎样测量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/) 走进仪器 # 泵很大，为什么样品旁边还抽不干净 泵已经转起来，入口附近的压力很低，样品旁边的压力计却迟迟不肯降。换一台更大的泵，改善有时仍很小。气体离开腔体之前，要先穿过阀门和管道；这段路有多好走，决定了样品真正得到多少抽气能力。 Sandbox Physics · 2026-11-12 ## 分子先得找到出口 真空很高时，气体分子之间很少相撞。一个分子更常碰到腔壁，弹开，再撞另一处表面。泵吸走的是抵达入口的分子。它无法隔着一段细长管，把腔体里所有分子直接带走。 这时气路有多好走，叫流导。把管子缩细，能找到并穿过出口的分子就少了；把管子加长，分子得经过更多次碰壁。对足够长的圆管，在同样的气体和温度下，管径减半，分子流流导大约只剩八分之一。 设泵入口的抽速是每秒80升，连接管的流导是每秒5升。把两者连起来，腔体处的有效抽速只有每秒约4.7升。换成每秒160升的泵，有效抽速也只升到约4.85升；分子仍挤在原来的窄路上。这里的升每秒描述抽气能力，实际移走多少气体还取决于入口压力。 把管道缩短、加粗，或者把泵移近腔体，常常比继续放大泵更有帮助。腔体和泵入口同时装压力计，就能看到气体沿路流动时留下的压力差。这个差值和流导一起，给出穿过管道的气体流率。 $$ \frac{1}{S_{\mathrm{eff}}}=\frac{1}{S}+\frac{1}{C} $$ S是泵入口抽速，C是连接气路的分子流流导，S\_eff是腔体处的有效抽速。三者须使用相同的体积每时间单位。它适用于这里的线性分子流气路。 来源：[3] [4] ## 密封好了，墙壁仍会送出气体 把一只真空腔关紧，里面的气体也不会立刻消失。接触过空气的金属表面会留住水等分子。抽气时，一部分分子慢慢离开表面，这叫放气。泵每秒移走多少，腔壁每秒补进多少，两者接近平衡后，压力下降就会变慢。 还有一种气体藏在盲孔、螺纹或接缝的深处。外面的腔体已经抽得很低，里面的小空腔却只能通过一条很窄的缝慢慢排气。它好像在漏气，气源却来自装置内部，通常叫虚漏。设计时给盲孔留出排气通道，能让这团气体更早离开。 真正与外界连通的裂缝，也会让压力降不下来。腔壁放气、内部藏气和外部漏气可以同时存在。一段相似的压力下降曲线，可能由不同气源叠加而成。要找到外部通路，得给外面的气体加一个可辨认的标记。 来源：[3] [5] ## 压力计怎样把气体变成读数 高真空里的电离压力计，会让电子撞上残余气体，再收集产生的离子。压力越高，通常产生的离子越多。不过，不同气体被电离的难易不同。同样的真实压力，氦气和氮气可能给出不同电流。 仪器若用氮气校准，面对未知混合气体，读数首先是氮气等效压力：它表示多少氮气会产生当前信号。要进一步换算成混合气体的真实总压力，需要知道组分和各组分的响应。把一个氦修正系数乘在所有未知气体上，会丢掉这层区别。 另一类压力计让气体压弯一片薄膜。膜片与固定电极之间的距离一变，两者储存电荷的能力也跟着变，这种能力叫电容。电路读出电容变化，再换成压力。膜片电容式压力计测的是气体施加的力，氦气和氮气可以共用同一压力刻度。压力很低时，位移带来的信号接近零点漂移和分辨限，仪器就难以给出可靠的压力。 校准时，已知压力提供尺上的刻度，原始电压则保留下来，供以后重算。再用一份没有参加定标的已知样本检查这把尺。两处压力计各有自己的响应，比较腔体和泵入口之前，需要分别校准。 来源：[3] [7] [1] [2] ## 让氦气沿着漏缝带路 在待查接缝外侧送入氦气，腔体内的检漏器专门观察氦。如果这条路与外面连通，氦进入腔体，经过阀门和管道，到达检漏器。检漏器先把气体电离，再按离子的质量选择氦信号；最后收集的是离子。 信号不会在喷气的瞬间跳到最终值。腔体要积累一些氦，气路需要输送，探测器也有响应时间。停止送氦后，留在系统里的氦还要被抽走。大体积腔体接上细管，等待的时间可能比预想长得多。 先测背景，再把一份已知流量的氦标准接到同样的位置，让它走完整条气路。未知信号扣去背景后，和标准信号比较，才能换算流量。泵、阀门或管路换了，抵达检漏器的比例和时序也会变化，需要重新校准。每秒多少摩尔和压强体积流率之间的换算，还要写清气体参考温度。 氦响应说明存在能传递示踪气的路径。某些材料也会让氦慢慢渗透，因此实际检漏还会结合位置、响应快慢与材料判断。把原始信号、背景、标准、送气时刻和等待时间一起留下，后来的人才能知道：这个漏率是怎样量出来的。 来源：[4] [6] [7] [5] ## [比较腔体与泵入口的压力](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electron-vacuum/?instrument=vacuum-network) 进入真空气路模式，拖动阀门，再比较畅通管路与窄管。 模型从分子流阶段计算氮气、氦气库存，并由校准电压和离子计数重算压力与氦流量。 ## 来源与延伸阅读 1. [INFICON SKY CDG025D Operating Manual, tina49e1-f (2024-08)](https://www.inficon.com/media/4352/download/SKY%C2%AE-CDG025D-Operating-Manual.pdf?inline=true&language=en&v=3) 核读第6、9页：压力使陶瓷膜片变形，电容变化转为线性模拟信号，以及气种无关性与有限分辨能力。实验采用单独声明的缩减模型。 2. [INFICON SKY CDG025D Datasheet, tiba33e1-h (2024)](https://www.inficon.com/media/5506/download/SKY%C2%AE-CDG025D-Datasheet.pdf?inline=true&language=en&v=6) 核读第2–3页的满量程选件、分辨能力和建议读数下限，用来说明膜片式压力计的低压可读范围。 3. [Pfeiffer Vacuum, Vacuum Technology Book II, Part 2](https://www.pfeiffer-vacuum.com/api/empolis/resource/environment/project1_p/documents/pfeifferSharepointProd/10256-vacuum-technology-book-ii-part-2.pdf) 第15–17、19–20、94–95页：压强体积流率、分子流长管、腔壁放气及电离压力计的气体依赖。核读所列部分，未声称通读。 4. [Pfeiffer Vacuum, Leak Detection Compendium (April 2013)](https://www.pfeiffervacuum.com/media/documents/leak-detection-know-how/leak-detection-compendium-pfeiffer-vacuum.pdf) 第11–15页：单位、整条气路校准、有效抽速与示踪响应。本页的计算限定在分子流。 5. [Leybold, Definition and measurement of vacuum leaks](https://www.leybold.com/en-us/knowledge/vacuum-fundamentals/leak-detection/definition-and-measurement-of-vacuum-leaks) 漏气类型、藏气空腔产生的虚漏，以及由外向内检漏、氦参考条件和分流测量。 6. [P. Cruikshank and G. Bregliozzi, CERN CAS Leak Detection Tutorial (June 2017)](https://indico.cern.ch/event/565314/contributions/2285748/attachments/1467498/2281420/Leak_detection_tutorial_-_CAS_Vacuum_2017_v3.pdf) 第25、29–30、35–37张：背景与外部标准修正、质量选择探测、响应及恢复时间。 7. [C. Ehrlich and S. Tison, NIST SP 250-38 (January 1992)](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nistspecialpublication250-38.pdf) 第1–5页：稳定后比较未知氦流和已知流量、温度与摩尔流量单位。引用历史方法；本模拟不具有NIST溯源资格。 [游标怎样读出毫米的零头](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/length-metrology/) [空气也会托住天平上的物体](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/precision-balance/) [Cavendish 怎样量出两个球的引力](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/cavendish-balance/) [液柱究竟在量哪一边的压强](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/manometer/) [杯子也在吸热，怎样量出样品的比热](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/calorimeter/) [旋转流变仪为什么要同时量转速和扭矩](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/rotational-rheometer/) [管口外的空气怎样改变共振](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resonance-tube/) [地震仪怎样从机壳里的运动读出地面](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/seismometer/) [电表接上以后，电压为什么变了？](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/electrical-meters/) [检流计归零时，电阻怎样显出读数](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resistance-bridges/) [电容为什么也会像电感](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lcr-impedance/) [示波器上的慢波是怎样冒出来的](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/digital-oscilloscope/) [锁相放大器怎样找出埋在噪声里的信号](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lock-in-amplifier/) [频谱里的小峰会从哪里来](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectrum-analyzer/) [网络分析仪怎样把电缆和器件分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/vector-network-analyzer/) [石英晶体慢了，怎样判断它是否变重了](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quartz-microbalance/) [交叉色散怎样把重叠的谱阶铺开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/echelle-spectrograph/) [只量总亮度，怎样分出许多颜色](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ftir-spectrometer/) [用一束光量出溶液有多浓](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/uv-vis-spectrophotometer/) [椭偏仪怎样从反射光里读出薄膜厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectroscopic-ellipsometer/) [偏振仪怎样看出样品把光混在了一起](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/mueller-polarimeter/) [一颗颗光子怎样告诉我们荧光寿命](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/tcspc-fluorescence-lifetime/) [布里渊显微镜怎样用光听见材料里的声波](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/brillouin-microscope/) [白色积分球怎样比较一盏灯的总输出](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/integrating-sphere-radiometer/) [粉末的圆环怎样显露原子间距](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/powder-xray-diffractometer/) [小角X射线散射怎样从光晕看颗粒](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/small-angle-xray-scattering/) [X 射线荧光为什么要看样品厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/xray-fluorescence-spectrometer/) [原子力显微镜扫出的凸起为什么会变宽](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/atomic-force-microscope/) [小压痕怎样分开硬度与弹性](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nanoindenter/) [差示扫描量热怎样读懂一个熔化峰](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/differential-scanning-calorimeter/) [热重分析怎样把失重与气体托力分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/thermogravimetric-analyzer/) [金刚石对顶砧怎样从红宝石的光读出压力](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/diamond-anvil-cell/) [金刚石怎样从荧光里读出磁场方向](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nv-center-magnetometer/) [用光听见原子在磁场里的节奏](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/optically-pumped-magnetometer/) [让激光跟着原子走时](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/optical-lattice-clock/) [Kibble 天平怎样用两次实验测质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/kibble-balance/) [稀释制冷机怎样一直搬走极低温的热](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/dilution-refrigerator/) [怎样用微波读出超导量子比特](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/superconducting-qubit-readout/) [电流怎样在薄片两侧留下电压](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/four-probe-hall/) [离子跑一段路，怎样量出质荷比](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/time-of-flight-mass-spectrometer/) [四根直杆怎样筛选离子的质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quadrupole-mass-filter/)