负压引发的真空误判不容忽视.doc

负压引发的真空误判不容忽视负压表示真空。负压可以准确地进行真空表达、传递和测控。通过改制，国内已统一采用负压出示真空，即由负数形式的法定定计量单位Pa（帕斯卡）表示量值，并得到广泛的应用；各类简单明了的波登管（即弹簧管式）真空表更是直接由负压出示测量结果，在各种行业得到了广泛的配置和使用。但负压在实际真空测控时，事情却不是这样简单、明了和准确。负压具有独特的示值特性和使用前提，由于对其不甚明了，无论是负压示值，还是负压量值，在使用中都存在着许多广泛、不容忽视的问题：很少有人知道负压构成的前提和依据，人们总是严格按照权威标准、文件、说明上的负压数字要求测控真空；为适应内外交流、引进先进技术需要，众多的出版、文教、翻译部门将国外的资料、标准规范中的kgcm2、“泵柱高”、托、巴等真空量值，总是按照标准大气压、工程大气压换算成定不可挪的“负数”，再清晰地写入各种工艺文件、出版刊物、操作规范中；不仅一般使用者，我们许多科研、生产及质检工作人员也是将观测到的准确负压示值写入各种表格和记录，然后汇总存档上报，并形成技术标准要求所有工序严格执行；使用最多的就是直接“见表读数”。这是一种被称为“对位倒数”的测量方法：即按照相对固定的标准大气压测控真空，负压被一一对位成量值固定的真空绝压值。负压绝对值的-0.0600MPa总是被换算成绝对压力值0.0400MPa，而绝对压力值0.0800MPa的工艺要求，一定会将真空泵抽至负压-0.0200MPa一一对位，十分明确和简单。问题就是这样接踵而至、到处出现了。随着计量、质量检测记录的数据列里总是存在“出人意料”的误差，人们发现，无论是直接注视的指针负压，还是通过简单“对位”处理之后的负压，其对应的实际真空值时常是另一个大小不一的物理量，尽管二者在一年中的确也会“碰巧”对位及吻合。人们普遍在问：应如何理解和使用真空表指针指向的那个“负数”；每一负压示值肯定都对应着一个真空绝压值，它究竟应是多少；如何用负压示值将其正确复现。示值不是量值，这的确不易理解。本文对此进行分析探讨，以期引起有关方面的警觉及重视。一真空表示值独特，这首先体现在由负数表示的负压本身。其实地球上并不存在物理学、数学意义上的“负压”。不仅地球，甚至整个宇宙间都不存在比0帕（斯卡）还要再低的“负压”。宇宙间的压力（压强、应力等）没有上限，可以无限的大，但其下限则会因完全不存在空气而无任何气压。对此，人们将其规定为“绝对真空”0Pa（零帕斯卡）。无论多么地接近，人类目前尚无法在地面完全复现物理量0Pa。从这一角度讲，根本不存在比绝对真空还要再低的“负压”。那什么是我们所称的负压呢？我们通常使用的负压一词的立论前提发生了变化，它不是以绝对真空的0 Pa为起点，而是“约定俗成”，以测试地实际存在的气压，即压力或真空仪表上的起点0Pa为“零位”，专指低于“零位”的气体真空程度及状态。负压与真空的基准点截然不同。真空是指在指定的空间里低于一个标准大气压（101，325Pa）的气体压力状态，其行程起点即为绝压的0Pa，并在水银真空计0基线上清晰地标出。除此之外，所有弹簧管类压力、真空仪表上的0Pa则都是的仪表“零位”，专指当时当地实际存在的气压值。可见此0Pa非彼0Pa，起伏不定变化的气压被做为了负压测定的起点，在此基础上测得的负压实际上也是一个变化不定的真空量值，它不应也不可能与真空量值一一对位，达到测量真空的目的。值得在此一提的是，我们许多此类低压表的微压测定，也有许多人忽视了气压做为起点在起伏不定这一前提，不断出现大小不一的实际真空误差。这务必同样应引起广大相关部门及仪表使用者的注意。由此可见，固化负压量值是完全错误的；真空表更应称为“疏空表”或“负压表”，仪表刻度盘上的起点“0”则应改为气压或“Patm”（atmosphere 大气，空气）。其次，负压示值独特还体现在其示值不变，而与其对应的真空量值却在“时大时小，变幻莫测”。只要内外压一致，真空表在任何一种气压条件下指针都会指在零位的0上；被测空间的真空若为某一不变的恒量，则变化的大气压会“驱动”指针不断变动仪表的负压示值；通过真空泵我们可以保持某一负压量值不变，同样，由于气压的变化，我们得到的真空亦会随之变化，二者呈紧密地线性相关，即同步协调互动。可见，负压的真空值“飘忽不定”，其根本原因在仪表之外的气压变化无常。随着科技的发展、工艺精度要求的不断提高，“标准大气压”越来越成为一种理论值，仅在少数情况下才会出现的“例外”。为此，国家在该类仪表上停用及淘汰了各种固定不变的量值表达方式（托、巴、公斤力平方厘米、汞柱高、甚至真空绝对压力等），转而采用实际量值在不断变化的负压方式出示量值。这样，若想由此准确测量真空，其重要前提是测量者必须知道当时当地相应精度等级的实际气压值，并在此基础上减去负压的绝对值。再次，真空表示值独特同样体现在负压仅是一种“上下不着天地”的压差“间距”值。使用该表即不会测出真空值，亦不会测出气压值，其提示的仅是被测空间的真空比实际气压“低”或“少”了多少，并非常准确恰当地用负数出示二者的压差“距离”。同为仪表-004MPa的负压示值，在冬季或海面气压高压1060hPa（百帕）时，被测空间的真空仅为1060-400=660=0066MPa；夏季的台风或高原地区气压仅为860hPa时，其相应的真空绝压可高达860-400=460=0046MPa。可见，单纯的负压是无法准确测控真空，负压的真空会随气压同步改变；二者的“间距”即负压是准确无误并可测定的。之所以说改用负压直观明了，可以准确测定真空，正是由于在掌握了负压一“减数”以后，只要我们得知相应精度的气压值这一“被减数”，而不是盲目背住“标准大气压”，那就同样可以快捷地将二者正确换算出来，其结果便是与负压“错位对应”的真空绝压值。面对起伏变化如此这大的气压，那些用负压做为标准和说明的规定及广告，从计量学角度看，都是让人无法复现，无法理解的。最后，负压仅适于“初真空”的表达及测量。通过上述分析，可以看出引起众多“麻烦”的是负压示值本身真空的“变动性”，是我们混洧了“间接测出”与“直接测得”的区别，直接使用负压示值测控真空的做法应尽快予以纠正。细节决定成败。我们的任务就是按照计量学的量传原则，无论怎样换算，真空都应保持准确唯一的物理量，无论是负压的测量控制，还是其量值的传递表达。计量、质量检测人员以及仪表使用者不仅应保持仪表本身的外观完好、示值判读准确，更应该管好数据的正确获取、表达换算以及传递，尤其是能够开动脑筋，及时发现仪表之外的各种环境变化。真空表的示值特性是由其结构及仪表之外的大气压决定的。但它们是如何以及在多大程度上影响示值变动的呢？二真空表与压力表结构相同，但驱动仪表指针的动力来源却截然相反，从而导致完全不同的示值特性。压力表弹簧管的“伸张”是因管内被测介质压力产生的张力不断大于各种金属管材的弹性抗弯模量E，由其带动的各种传动装置使指针呈有规律地线性改变，通过不断地取得平衡，达到显示量值的功能。当压力足够大时，气压、温度等环境因素产生的相对微小变量都会变为“允许误差”而可忽略不计或做为某一“微小恒量”参与修正，唯一改变的是介质压力的量值。真空表则刚好相反。真空表是由大气压在“迫使”内压小于外压的弹簧管做内向“收缩”移动。锡磷铜及各种管材的弹簧管测定的仅为二种压力值之差，变动的除了管内的真空之外，做为动力来源的大气压亦在变化，唯一不变的仅是管材强度E。三者之中有“两位”在变化，必然影响内外压差之比，改变管材的收缩程度，从而变换指针的位置。上述变动及影响在某些微压测量仪表中亦程度不等地存在和发挥作用，经大连市计量研究院测定，低于量值025MPa的压力表，同样会受到显著的影响，这同样应引起我们的注意和及时修正。同理，变动中的“二位”我们只要测定了气压，另一量值即真空便可“间接”地正确获得，这亦是真空表测量真空绝压值唯一正确的方法，即：PV=Patm-Pg（ PV真空绝对值， Pg 负压量值， Patm 测试地大气压）真空表与汞柱真空仪、盒式压力计、气压计不同，它本身没有一个恒定不变、起比较对照作用的“真空腔”、“恒压室”等部件做基准和依托，大气压的任何变化都会使作用在管壁上的推力F 发生变化，并对示值产生改变。因此，目前的负压量值及实际测得的负压是一个会变化的物理量，显然不适宜“直接”真空测定。由于使用中混洧了“直接与间接测定”的界限，总是将仪表之外的实际气压“误判”为标准大气压，由此产生和引发的危害是普遍的和触目惊心的。直接使用负压示值测控真空，危害最大的可能就是医疗诊治时的伤病患者。大量事例说明，各种真空医疗器械和设备如若控制不当，（而不是指针负数不准），必然产生严重事故及后果。真空设备设计制造有明确的技术要求，按生理承受能力制定的操作规范严禁引产器、吸胃吸肺机等真空器械出现低于50厘米汞柱的真空，即不得高于绝压真空度006MPa或低于35个标准大气压，而且严格要求控制在5%之内。如何换算？我们现在的做法是按工程大气压用真空泵将负压表的指针“抽至”负压004MPa（01006=004MPa5%）。对吗？应该说在部分情况下这样做是对的，并且能够控制在生理承受的范围内；但在另一部分情况，即在高原、夏天雨季、台风时的低气压环境，则是极为错误的。在气压低于900hPa时，负压-004MPa会产生低于0045MPa的真空绝压（仅45厘米泵柱的真空）。这时，身体衰弱的心藏病、脑血栓及体内存有异物的患者会有明显的不适，我们若再按“数”抽空，强大的真空必然猛烈“吮吸”胃壁、肺泡及婴儿的创伤组织，从而引发局部组织充血、失血、血管破裂大失血，出现严重的生命危险。同样，最新的果菜真空保鲜技术可保鲜长达十个月以上，它独特的不仅是低温，巨大的钢制容器还要求准确的真空测控：多次的研究后制定的技术规范要求真空（而不是负压）不能过高，否则果菜“内液外渗”，塌腰萎缩；而真空过低则达不到灭菌防腐的目地。这时，能否根据实际气压用真空表上的负压示值同步准确控制真空，就成了整个“保鲜”成败的关键。如若不然，因负压指针判断错误，几十万、几百万的损失将随之而至。我们众多的生产厂家亦是如此。都在“简便”地注视着负压指针，难怪我们许多的荧光灯、霓虹灯节能灯及多种真空产品，总是出现原因不明的质量问题：在“斗酷署、战台风”的夏季制定的负压必须-0072MPa的企标，完全可以将容器内的氧气抽至微不足到的程度，完全可以保证质量要求；在冬季气压偏高时，繁忙的流水生产线上即使配备二名的测控人员，还是会出现大量的残次品，因为真空疏空不够，管内残存的氧气总是在“助燃”，产品的寿命大打折扣，各种灯管产品发烫变黑，原因总是“弄不清”。三气压对真空测定如此重要，那气压的实际情况究竟如何呢？ 大气压无处不在，总是环绕在事间万物的周围。在一年的多数时间，其相对量值基本稳定，据统计，在占总量三分之二的时间里与工程大气压、标准大气压基本吻合，这为直接根据真空仪表示值测空真空提供了基本前提，也是当前广泛在用的真空测控换算依据。但问题出现在其余分散的“三分之一”。在这段经常是“偶然”出现的时间里，气压总是在随机地不规则变化。气压是气象学最复杂多变的研究对象之一。在制约气压变动的众多因素中，存在着各种陌生的、人们无法预知的不确定变量。不仅湿度、温度、高度，而且各种气象条件如沙暴烟尘风雪雷电，甚至潮汐地球运动宇宙活动都会改变空气的比重，引起气柱压即气压的改变。海拔1500米的地区，平均气压即降为930hPa（百帕），而在每拔4500米的西北高原则会低于700hPa，在海拔8000米的山峰顶（希夏邦马峰8012米）气压仅为380hPa了。平原及沿海亦是如此。由于热胀冷缩，空气的的密度在寒冷的冬季会比炎热的夏季增大，从而形成气压的“冬高夏低”。高低相差多少呢？上海市一月份平均气压高达10258hPa，极端最高气压可达10446hPa，而夏季七月份平均气压只有10039hPa，在风速极快的台风期间，极端低气压仅为970hPa，其高低气压差可达746hPa。（见图二）。黄渤海海平面冬季气压能达到1085hPa，而在夏季则会低于990hPa，二者极端差几乎高达100hPa，即标准大气压的110！在酷署严寒更为显著的内陆地区，气压的极端值差同样会非常显著。宏观上如此，微观上亦是同样，相距几米、几厘米气压也可能非常不同。一驾飞机腾空而起，原因不是机翼下方的空气在托举，而是由快速掠过的气流形成、由包括机翼在内的整个机体上方的真空吸引所形成的；门窗屋顶不是被台风吹掉的，而是由突然产生的低气压使房中瞬间形成的“高压”将其“推开”的。最近国家铁路提速试验遇到的最大意外同样也是无处不在的“真空吸附”问题：飞驰的机车会使砂石碎屑严重沾碰车厢的门窗外壁；相向而来的机车会猛烈吸附对方的顶载物，以至发生撞碎车窗、碰挂外壁，几乎酿成事故。甚至路轨枕木间的铁器亦会随之起舞，若飞上路轨，后果将不堪设想。气压变化之复杂已远远超出有规律的数理描绘，整个气象呈现出一种宏观“混沌”变化，这不仅使中长期天气预报充满了极大的变动性，超出了本文的探讨范围，亦使我们无法为各种相关测控仪表绘制可事先比照的气压参考图表。对随机变化的气压，最不应该的做法就是试图通过某种公式计算出一个恒定的“最佳值”，并以此来涵盖或顶替真实的气压参数。由于跨度如此之大，任何一个明确的固定值都缺乏代表性，无论是标准大气压还是某个似是而非的平均“中位数”，否则，“偶然”出现的粗大偏差将不期而至。为此，我们只能在客观存在的、宽泛的“区间”内开展测量及设计、制造、使用计量器具。为此，国家几乎在所有牵涉和相关的制造规范、生产标准、检定规程中都明确规定了使用前提条件：能够适合并必须适应在860hPa1060hPa的气压条件下正常使用。（高原深井等特殊地区须另行制定特殊生产标准及使用规范）8601060hPa的气压波动意味着什么呢？这意味着在总量105帕斯卡的标准大气压中会有15的波动存在。可见，在一时一地测得的负压，怎么可以传递和“告诉”其它地方它的物理量究竟是多少？之所以说目前司空见惯的“固化负压”直接测控真空是错误的，正是由于这二万帕的变化会使0 -01MPa、04级、200个分度格的标准真空表，在不同的时间地点产生40个分度格的“对位”差错！该仪表的允许误差仅为45 个分度格，即410-4MPa（-0104=410-4MPa）；同一负压测得值，只要气压微小变动5hPa（510-4MPa），真空绝压的变动即超出允许误差。可以出现如此巨大的误差是不能允许的，这已不能称其为测量了！在16级、25级真空表，误差也会高达10个及6个分度格。如此测量势必出现一时一地的负压标准、说明书，更换了条件会面目全非，发生大小不一的变化，使用者会费尽心机对其“猜谜”，人们将无法复现、理解及使用负压数据，全部初真空测量将失去客观尺度，整个科学严密的量传体系中将因此出现一个巨大的“漏洞”。四通过宣传贯彻中华人民共和国计量法、执行法定计量单位，经过长期大量的改制工作，我们在真空计量中淘汰、废止了各种非法定表达方式,由于改用由负数表达的SI（国际单位制）导出的Pa（帕斯卡）为单位的负压，不仅使真空测控更加准确科学客观，对其表达、传递亦更加简单明了和先进。我们的任务就是如何正确贯彻、具体落实，确保真空测量的准确无误。细节决定成败，我们可以采取如下多种措施：一、购置