真空度的计量单位

真空是指低于1个标准大气压的气态空间，建立这样一个气态环境，并对其进行测量分析和科学实验等工作所需的理论及技术称之为“真空科学与技术”。而表征真空状态与程度的物理量就叫做“真空度”。

真空的发现始于1643年，当意大利的物理学家E．Torricelli（1608-1647）将一端密封的长玻璃管注满了汞并倒置于盛有汞的槽里时，发现了汞柱顶端的空间即是真空。这也同时使人们首次知道了我们人类竟居住在一个充满大气压力的环境空间之中。大气的压力正等于高度为760mmHg的重量，因此人们最初就选用毫米汞柱（mmHg）这一奇特的“长度”单位来表示真空的程度，并一直沿袭使用下去，至今我们仍可在许多老式的真空仪表上看到它的存在。

随着科学技术的不断进步，人类对客观世界认识的不断深化，人们认识到所谓“真空度”实质上与气体压力是同一物理概念。真空度越高，即气体压力越小；反之真空度越低，即气体压力越大。真空度的上限就是一个标准大气压，即760mmHg。1标准大气压又称物理大气压，指的是地球大气层的大气在海平面上的压力。其定义为在标准重力加速度g＝980．665cm/s2，温度T＝273K，760mm高的汞所施加的压力。若把273K下汞密度定义为13．59509g/cm2，则该数值相当于101325N/m2。根据计量单位的定义，需要有一个命名其数值为1的固定量的要求，以毫米汞柱为计量单位便可得到下面关系式：1毫米汞柱＝1/760标准大气压＝133．322牛顿/米2。

然而，人们看到以毫米汞柱（mmHg）作为真空度的计量单位是不尽科学合理的。首先它类似于长度的计量单位，没有体现压力这个物理量的概念，其次它依赖于汞密度的测量水平，并不是一个绝对单位，也不便于口述和书写。因此在1958年第四届国际真空会议上决定采用“托”（Torr）来作为真空度的单位，以替代“毫米汞柱”，并以此来纪念著名的意大利物理学家，真空的发现者E．Torricelli。这样：1托＝1/760标准大气压＝133．322牛顿/米2。

这是一个绝对单位，其不随汞密度、温度和重力加速度而变化，又与长度单位明显区别开来。由上可见，“托”“毫米汞柱”的差异主要是定义上的，而在数值上仅有约七百万分之一的微小差别，实际使用时完全可以忽略。

气体分子动力学理论的发展揭示了真空的本质。真空度实质上是气体分子对容纳其存在的容器壁上单位面积的总冲量（或动量变化）值的量度。因此，“真空度”“气体压力”源于同一物理概念。对此，人们有充分理由提出疑问，为什么非要把真空度的计量单位从压力计量单位中独立出来，另立体系呢？为了消除多种单位并用的现象，便于人们在科研和生产活动中避免繁琐的单位制之间的换算及其带来的换算误差，有必要一致采用人们所公认的，并能清晰表达其物理概念的计量单位。制定国际单位制（SI）的权威机构是国际计量大会（CGPM），根据科学技术发展的需要，其在1971年第十四届国际计量大会上针对压力计量单位规定了专门名称“帕”（Pa），并作为国际单位制的一个导出单位。B·Pascal（1623-1662）是著名的法国数学家和物理学家。他利用汞气压计发现了汞柱随高度而变化，并创立了水压机的理论基础——帕斯卡定律而闻名于世。为了纪念这位杰出的科学家，压力、机械应力、声压、表面压力、真空度等量的SI单位就统一为压力单位，并以帕斯卡的名字来命名。

1984年2月27日我国国务院发布了《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》，明确规定了以国际单位制单位为基础的我国法定计量单位。其中关于压力、压强、应力包括真空度等物理量的计量单位规定采用国际单位制中具有专门名称的导出单位“帕斯卡”，单位符号为“Pa”。定义：1Pa等于垂直于面积为1m2的表面上均匀作用1N的压力，即：1帕（Pa）＝1牛顿/米2（N/m2）。

这样，在真空技术中以往常用的如“托”“毫米汞柱”“毫巴”等真空度计量单位均应予以淘汰，表2-12-2列出了应予淘汰的计量单位和符号，以及它们与压力的法定计量单位帕之间的换算关系。

表2-12-2　应予淘汰的压力（真空度）计量单位和符号

除此之外，还必须指出，在真空技术中另一个常用的表示气体流量或密封器件漏率的计量单位也必须做相应的改动。所谓气体流量指的是泵的抽气速率和入口压力的乘积，而漏率是单位时间内进入（或逸出）真空系统的气体量，它们的计量单位具有同一量纲。以往其计量单位也相当混乱，常见的有托·升/秒、流西克（lusec）、标准大气压·米3/秒等。按照法定计量单位制的单位来说，它应该是功率的单位，即瓦（W），为了明显起见，仍可通用帕·升/秒的单位。

综上所述可知，真空度和压力、压强等都是以“帕”（Pa）为法定计量单位，可统称为压强。显然，压强值越低，真空度越高。目前，人们仍然习惯于以托（Torr）为计量单位来表示真空度，以后应尽量压强为计量单位来表示真空状态。