在工业生产中，许多设备都需要使用气体。但是当这些设备不再使用时，会留下一定量的残余气体，如果不能及时检测和处理这些残余气体，就可能对环境和人员造成危害。

为了解决这个问题并保护环境和人员安全，科学家们研发出了残余气体分析仪。那么，在实际应用中该如何进行操作呢？首先我们要掌握其原理以及如何计算出残留率。

1. 残余气体分析仪的原理

残余气体分析仪（residual gas analyzer）主要是通过质谱技术来检测空间内的各种混合态或组元素所构成的物性参数。各类元素之间具有不同特征值，并对样品电离进入到光电子倍增管加速器网络后形成一个可观察、可以记录信号强度变化曲线图像。

然后根据样品中含有哪些混合态或者元素所搭配而构成不同信号强度，利用物性参数差异获得元素含量和组成情况的信息。

残余气体分析仪可以分析空间内各种分子、离子以及原子等基本微粒的组成情况。因此它是目前研究高真空与超高真空环境中化学反应、表面和界面现象、材料相互作用等问题所必需的实验手段之一。

2. 气体残留率计算公式

在使用残余气体分析仪时，需要进行气体残留率（residual gas ratio）的计算。下面我们来介绍常见的两种计算方法：

• 质谱法:

• 将测试样品放入大型封闭容器中，在其内部制造超低压条件；
• 通过测量不同时间段内容器内外压力变化，按照以下公式求出每个试样缓慢泄漏产生气密性失效时剩余存储氧浓度：

$$

\begin{aligned}

& R_p = \frac{N_{CO_2}+N_{{H_20}}}{N_{O_2}}

\\

\end{aligned}

$$

• 稳定热流法:

• 将测试样品放入装有加热器的小密封体中，通过测量其表面温度随时间变化来计算气体残留率。
• 该方法可以直接观察到气体泄漏的速率，并且可以同步检测出解析质谱仪无法检测到的一些物质。

$$

\begin{aligned}

R_p &= \frac{\Delta Q}{W}\cdot100 \% \\

Q &= mC_p\Delta T\\

m&=\rho V

\end{aligned}

$$

其中，$Rp$为残留率；$\Delta Q$为发生泄漏后被消耗掉的能量（焦耳）；$W$为试件库存总能量（焦耳），包括低温容器壁、底部、屏蔽结构等所有加热元件所产生的全部反应能； $m,\rho, C_p, T_i,T_f,V,$分别是试件重量 ，密度 ，定压比热，开始和结束时刻下降温度值及容积。具体使用时根据实验情况选择合适系数即可。

总结

以上就是关于残余气体分析仪原理及气体残留率计算公式的详细介绍。了解这些知识，可以更好地操作残余气体分析仪，并能够判断实验设备是否存在泄漏等问题。


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