真空技術簡介課件

高低真空的獲得和測量2012-02-18教學內(nèi)容真空基本知識和技能介紹：真空概述、真空單位、不同真空區(qū)域的劃分以及他們對應的物理現(xiàn)象等、真空的獲得、機械泵油擴散泵工作原理、真空的測量、熱偶真空計和電離真空計工作原理、幾種不同的真空檢漏的方法等。低氣壓下高電壓放電、定容法和靜態(tài)升壓法的原理介紹。儀器結構的介紹：DM300型鍍膜機的結構和各主要部分的功能、低真空設備的結構和各部分的功能。實驗內(nèi)容和注意事項（操作步驟）的介紹。低真空示范下操作觀察放電現(xiàn)象真空概述真空：低于一個大氣壓的氣體狀態(tài)。1643年，意大利物理學家托里拆利(E.Torricelli)首創(chuàng)著名的大氣壓實驗，獲得真空。他在一端封閉的玻璃管內(nèi)裝滿水銀，然后把它倒立在水銀槽內(nèi)，管子頂端出現(xiàn)了一段空出，從此確立了真空的概念并首次測得大氣壓強的數(shù)值為760mm汞柱。自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇宙空間。人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體。真空的獲得

機械泵機械泵是運用機械方法不斷地改變泵內(nèi)吸氣空腔的容積，使被抽容器內(nèi)氣體的體積不斷膨脹壓縮從而獲得真空的泵，機械泵的種類很多，目前常用的是旋片式機械泵。機械泵可在大氣壓下啟動正常工作，其極限真空度可達0.1Pa，它取決于：定子空間中兩空腔間的密封性，因為其中一空間為大氣壓，另一空間為極限壓強，密封不好將直接影響極限壓強；排氣口附近有一“死角”空間，在旋片移動時它不可能趨于無限小，因此不能有足夠的壓氣去頂開排氣閥門；泵腔內(nèi)密封油有一定的蒸汽壓（室溫時約為0.1Pa）。油擴散泵擴散泵是利用氣體擴散現(xiàn)象來抽氣的，最早用來獲得高真空的泵就是擴散泵，目前依然廣泛使用。當擴散泵油被加熱后油蒸汽可以沿蒸汽導流管上噴，然后被噴口帽阻擋后折反向下噴射，高速定向噴射的油分子在噴嘴出口處的蒸汽流中形成一低壓，將擴散進入蒸汽流的氣體分子帶至泵口被前級泵抽走，而油蒸汽在到達泵壁后被冷卻水套冷卻后凝聚，返回泵底再被利用。擴散泵的啟動壓強應小于10Pa，因為在這一壓強下，可以保證絕大部分氣體分子以定向擴散形式進入高速蒸汽流。此外若擴散泵在較高空氣壓強下加熱，會導致具有大分子結構的擴散泵油分子的氧化或裂解。油擴散泵的極限真空度主要取決于油蒸氣壓和反擴散兩部分，目前一般能達到10-3~10-5Pa。目前油擴散泵比較理想的是硅油，硅油分子量大，蒸氣壓低，有利于提高真空度。汞有毒，最好不用。電離真空計電離真空計也叫電離規(guī)，電離規(guī)為一只特殊的三極真空管，收集極的電極相對于陰極為-30V，而柵極上正電位為+200V，若使陰極發(fā)射的電子流和柵極的電位穩(wěn)定，則陰極發(fā)射的電子在柵極作用下高速運動并與氣體分子相碰，使氣體分子電離成離子。正離子將被負電位的收集極吸收而形成離子流，經(jīng)放大器放大后由微電流計指示，形成的離子流與電離規(guī)中的氣體的壓力成正比，因此可從離子電流的大小，即可直接讀出真空度，測量范圍為10-1~10-6Pa。使用時特別注意，當壓強高于0.1Pa時，電離真空計中的燈絲會因高溫很快被氧化燒毀，因此必須在真空度達到0.1Pa以上時，才能開始使用電離真空計。為了使用方便，通常把熱偶真空計和電離真空計組合成復合真空計。目前真空計正朝著寬量程、數(shù)字化、電腦型發(fā)展。真空檢漏真空度的好壞，除了泵的性能之外，還和被抽容器或系統(tǒng)的清潔程度、密封性能密切相關。在選擇真空系統(tǒng)材料時，通常選用氣密性好，出氣率低的材料，如碳鋼、不銹鋼、硬質(zhì)玻璃等，而且事先必須經(jīng)過清潔處理。這些條件都具備后，如果一個系統(tǒng)抽了很長時間，還不能達到設計要求，可斷定此系統(tǒng)存在漏氣。判斷系統(tǒng)是否漏氣比較容易，但要檢查出漏氣發(fā)生在哪一個部位就比較困難，只有查出漏氣點才能修復、堵漏。對于玻璃系統(tǒng)，在真空度低于0.1Pa時，可用高頻電火花真空測定儀，打開電源后，探頭出現(xiàn)雜散的紫色火花，如遇漏孔，雜散火花變成一束明亮的光柱，并在漏孔處出現(xiàn)亮點。對于金屬系統(tǒng)或真空度高于0.1Pa的玻璃系統(tǒng)，不能使用高頻電火花真空測定儀來檢漏。這時可用酒精、丙酮、甲醇等揮發(fā)性液體涂在懷疑有漏孔處，遇上漏孔時，揮發(fā)氣體進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的真空度會突然下降，這是漏孔相對較大時的方法。對特別微小的漏隙，如在高真空系統(tǒng)，能達到高真空但達不到設計要求，這時可采用靜態(tài)升壓法，但此法也只能判斷是否漏氣，不能確定漏氣的部位。檢漏還有許多方法，最快捷、靈敏的是氦質(zhì)譜檢漏。把示蹤氣體（一般用氦氣）噴在真空容器外面，用儀器去檢測容器內(nèi)是否含有示蹤氣體。這種方法不僅靈敏度高，而且可以確定漏氣部位。放電原理和現(xiàn)象低壓氣體在高壓電場中被電離而導電，并發(fā)生輝光放電現(xiàn)象，輝光的顏色、形狀，亮度將隨著氣壓的不同而改變。將一封有金屬電極的玻璃放電管接入真空系統(tǒng)中，加上高壓后就可以通過放電現(xiàn)象來粗略地估計真空度。低真空的獲得和測量實驗內(nèi)容（1）學習開動機械泵獲得低真空；（2）利用U形管，熱偶計測量真空度；（3）觀察不同真空度時放電管和高頻火花真空檢漏儀的放電現(xiàn)象，與U形管、熱偶計比較，對照；（4）測得本次實驗之最高真空度；（5）測量P－t和lnP-t關系曲線并求粗真空下的機械泵的抽速；（6）根據(jù)低真空下得P-t和lnP-t關系曲線分析低真空下的抽氣速率；（7）研究放電對真空度及熱偶計的影響（選做）低真空實驗示范下放電現(xiàn)象的觀察。操作步驟和注意事項見講義靜態(tài)升壓法判斷漏氣來源在高真空系統(tǒng)，漏孔或漏隙用肉眼一般是看不出來的我們通常采用靜態(tài)升壓法，即把系統(tǒng)抽到一定壓強后，關閉閥門，將被檢部分與泵隔開，由于漏氣和表面放氣，被檢部分的壓強將隨時間而上升，用電離真空計或復合真空計和秒表，測出P-T關系曲線，由曲線形狀，我們可以判斷系統(tǒng)是否漏氣，如圖所示。1）直線A平行于T軸，說明壓強是恒量,它不隨時間而變化，表明系統(tǒng)既無放氣也無漏氣。2）曲線B開始上升較快而后漸漸變成平行于T軸的直線。這說明系統(tǒng)只有放氣而無漏氣，氣壓較低時放氣速率較大，達到某一氣壓值時，放氣速率和吸氣速率相等，達到平衡，曲線即趨于水平直線。3)直線C是一斜率為

的直線。這說明系統(tǒng)只有漏氣。4）曲線D開始上升較快，而后漸漸減慢，最后變成直線，這說明系統(tǒng)既有