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)定時間和分析時間、真空泵對質(zhì)譜室的抽速、氣體分子質(zhì)量、管道長度的關(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，分析了取樣管道對質(zhì)譜分壓力測量的影響。

　　在危險氣體檢測、環(huán)境監(jiān)測及吸槍檢漏中，需要遠(yuǎn)距離取樣，取樣點和測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)被取樣測試點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，通過管道連接的測量儀器能否快速、準(zhǔn)確地測試就十分重要，而取樣管道必然對測量儀器的測試結(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，取樣管道對分壓力測量的影響機(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，分壓力測量中，真空泵對質(zhì)譜室抽氣和管道動態(tài)取樣的物理過程，分析取樣管道對分壓力測量的影響。

　　1、物理分折

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

圖1 管道取樣分壓力測量示意圖

　　如圖2所示，當(dāng)氣體通過直徑為2r的長園取樣管道的輸運(yùn)進(jìn)入質(zhì)譜計時，在取樣管道截面x 及x+dx 處，單位長度的流導(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 氣體通過長園管道的輸運(yùn)示意圖

　　4、結(jié)論

　　管道取樣對于分壓力測量會產(chǎn)生較大的影響，通過對分子流氣體流態(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)譜室中的動態(tài)壓力和測量時間也成復(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被測量氣體的分壓力；

　　(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，分壓力比值和被測量氣體的分子質(zhì)量比的均方根成反比；

　　(4)在取樣相當(dāng)長時間后，進(jìn)入質(zhì)譜室中的氣體穩(wěn)定，對于長園管道，其被測量的氣體在質(zhì)譜室中的分壓力和管道長度成反比；

　　(5)對于大抽速的質(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)定時間和管道長度的平方成正比，同被測量氣體平均速度成反比。