在管道吸附作用非穩(wěn)態(tài)氣體分析研究的基礎(chǔ)上，提出管道末端分子流氣體以單位時(shí)間碰壁數(shù)進(jìn)入質(zhì)譜室，由真空系統(tǒng)抽除的物理機(jī)理，建立了第三類邊界條件的氣體在管道取樣分壓力分布的輸運(yùn)方程和質(zhì)譜室抽氣方程，得到了質(zhì)譜室分壓力任意時(shí)間的分析解，研究了管道內(nèi)壓力、質(zhì)譜室壓力、穩(wěn)定壓力、穩(wěn)定時(shí)間和分析時(shí)間、真空泵對(duì)質(zhì)譜室的抽速、氣體分子質(zhì)量、管道長(zhǎng)度的關(guān)系。以一些惰性氣體和特定的航天器推進(jìn)劑工質(zhì)氣體為算例，分析了取樣管道對(duì)質(zhì)譜分壓力測(cè)量的影響。

　　在危險(xiǎn)氣體檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及吸槍檢漏中，需要遠(yuǎn)距離取樣，取樣點(diǎn)和測(cè)試儀器必須要有一定的距離，一般都通過取樣管道連接。當(dāng)被取樣測(cè)試點(diǎn)的輸入端的氣體壓力、成分等物理化學(xué)特性發(fā)生變化時(shí)，通過管道連接的測(cè)量?jī)x器能否快速、準(zhǔn)確地測(cè)試就十分重要，而取樣管道必然對(duì)測(cè)量?jī)x器的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，該問題作為真空技術(shù)的基礎(chǔ)問題，James M.Lafferty及本文作者也曾從氣體擴(kuò)散理論出發(fā)，對(duì)該問題進(jìn)行了研究。

　　近年來，隨著管道取樣的質(zhì)譜分析和吸槍檢漏技術(shù)的發(fā)展，取樣管道對(duì)分壓力測(cè)量的影響機(jī)理需要更進(jìn)一步深入的研究。在借鑒王欲知對(duì)管道吸附作用的非穩(wěn)態(tài)氣體分析研究的基礎(chǔ)上，建立了數(shù)學(xué)方程，探究在分子流氣體狀態(tài)下，分壓力測(cè)量中，真空泵對(duì)質(zhì)譜室抽氣和管道動(dòng)態(tài)取樣的物理過程，分析取樣管道對(duì)分壓力測(cè)量的影響。

　　1、物理分折

　　通過長(zhǎng)管道取樣的分壓力質(zhì)譜測(cè)量系統(tǒng)，可以等效為如圖1所示的示意圖。假設(shè)質(zhì)譜測(cè)量的氣體只有被分析的氣體和空氣。長(zhǎng)為l的取樣管道一端和取樣點(diǎn)相連接，一端和分壓力質(zhì)譜計(jì)的質(zhì)譜室連接。在管道的取樣端，空氣的分壓力pa保持不變，被測(cè)量氣體的分壓力p0也保持不變，取樣管道的長(zhǎng)為l。

圖1 管道取樣分壓力測(cè)量示意圖

　　如圖2所示，當(dāng)氣體通過直徑為2r的長(zhǎng)園取樣管道的輸運(yùn)進(jìn)入質(zhì)譜計(jì)時(shí)，在取樣管道截面x 及x+dx 處，單位長(zhǎng)度的流導(dǎo)如果為c1，在分子流狀態(tài)下，近似認(rèn)為氣體通過x 處的壓力p 處的壓力的流量Q為

圖2 氣體通過長(zhǎng)園管道的輸運(yùn)示意圖

　　4、結(jié)論

　　管道取樣對(duì)于分壓力測(cè)量會(huì)產(chǎn)生較大的影響，通過對(duì)分子流氣體流態(tài)和管道取樣物理過程分析，得到如下結(jié)論：

　　(1)直接取樣被測(cè)量氣體進(jìn)入具有抽速的質(zhì)譜室，其管道內(nèi)壓力和管道位置及取樣時(shí)間成復(fù)雜的指數(shù)關(guān)系，被分析氣體在質(zhì)譜室中的動(dòng)態(tài)壓力和測(cè)量時(shí)間也成復(fù)雜指數(shù)關(guān)系；

　　(2)通過取樣管道在質(zhì)譜室中建立的平衡壓力正比于取樣點(diǎn)被測(cè)量氣體的分壓力；

　　(3)管道取樣改變了混合氣體的分壓力比值，在氣體趨于穩(wěn)定時(shí)，分壓力比值和被測(cè)量氣體的分子質(zhì)量比的均方根成反比；

　　(4)在取樣相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，進(jìn)入質(zhì)譜室中的氣體穩(wěn)定，對(duì)于長(zhǎng)園管道，其被測(cè)量的氣體在質(zhì)譜室中的分壓力和管道長(zhǎng)度成反比；

　　(5)對(duì)于大抽速的質(zhì)譜分析系統(tǒng)，質(zhì)譜室中取樣得到的穩(wěn)定壓力最短穩(wěn)定時(shí)間和管道長(zhǎng)度的平方成正比，同被測(cè)量氣體平均速度成反比。