真空常識介紹

真空常識介紹第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六真空狀態(tài)的定義真空狀態(tài)的獲得真空的應(yīng)用第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六一、真空的定義什么是大氣壓強(qiáng)

定義：大氣對大氣中的物體所產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫做大氣

壓強(qiáng)。簡稱大氣壓或氣壓

地球周圍被厚厚的大氣層包圍著，大氣就象固體、液體一樣也受到重力的作用，因而大氣也能夠產(chǎn)生壓強(qiáng)；而且大氣可以流動(dòng)，象液體一樣，大氣內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。

第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

為了確保標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是一個(gè)定值，1954年第十屆國際計(jì)量大會決議聲明，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值為

1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝101325Pa（牛頓／米2

）

1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=760(Torr)=1.013x105Pa≈105Pa

由于溫度和海拔高度的影響，地球上不同緯度、不同季節(jié)的大氣壓是不一樣的。通常我們?nèi)粘Ｉ畹拇髿鉅顟B(tài)是一個(gè)比較接近1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的環(huán)境離地表越遠(yuǎn)的高度，空氣越稀薄氣壓也就越低第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六馬德堡半球?qū)嶒?yàn)

為了證明大氣壓力的存在，1654年葛利克在德國的馬德堡用兩個(gè)直徑為60厘米空心的銅半球緊緊地壓在一起，然后用抽氣機(jī)抽掉球內(nèi)的空氣，再各用八匹駿馬朝兩個(gè)相反的方向拉這兩個(gè)半球。但是無論這16匹馬如何努力，也未能將相互密合的兩個(gè)半球分開

這就是舉世聞名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，而這兩個(gè)半球密合起來的空間區(qū)域就是處于一個(gè)真空狀態(tài)第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六什么是真空狀態(tài)

真空是指壓力低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的任何氣態(tài)空間

真空是相對于大氣而存在的一種空間狀態(tài)。即：將某容器內(nèi)的空氣用一些方法除去，使之變成空氣相對稀薄的狀態(tài)。

通常所說的真空并非是任何物質(zhì)都不存在的“絕對真空”（理想意義上的真空，是完全不存在任何東西的空間）第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六真空狀態(tài)的劃分一般使用真空度來表征真空，真空度的高低又用壓強(qiáng)的大?。≒a、Torr、mmHg）來做表示的為了表明空間氣體稀薄程度的不同，通常將真空狀態(tài)按照真空度劃分為以下幾個(gè)段：

1、粗真空：105～103Pa2、低真空：103～10-1Pa3、高真空：10-1～10-6Pa4、超高真空：10-6～10-10Pa5、極高真空：

＜10-10Pa第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六二、真空的獲得自然真空：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

1654年，德國物理學(xué)家葛利克發(fā)明了真空泵。從此，隨著各種各樣真空泵的不斷發(fā)明，人類就可以依靠它們來抽走密閉空間內(nèi)的氣體，來獲得不同真空度要求的人為真空。

真空泵成為獲得人為真空的關(guān)鍵設(shè)備第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六真空泵抽氣原理及工作范圍

真空泵的主要參數(shù)

抽氣速率：單位時(shí)間內(nèi)泵的抽氣能力

極限真空：泵所能獲得的最低壓強(qiáng)

工作范圍：泵能正常工作的壓強(qiáng)范圍S抽速Sm最大抽速第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六

上表可以看出每一種真空泵都有一個(gè)工作范圍，目前沒有任何一種真空泵可以從大氣壓一直工作到接近超高真空的。為此，必須將幾種泵聯(lián)合使用，如機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵聯(lián)合的有油系統(tǒng)和吸附泵、濺射離子泵、鈦升華泵聯(lián)合的無油系統(tǒng)第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六1、旋片機(jī)械泵

常見的機(jī)械泵有旋片式、定片式和滑閥式等。旋片式的噪聲小，運(yùn)行速度高，被廣泛應(yīng)用在真空鍍膜機(jī)上。主要結(jié)構(gòu)如右圖所示

機(jī)械泵的工作原理是基于玻意耳-馬略特定律的基礎(chǔ)上的

PV＝K（1.1）式其中K是與溫度有關(guān)的常數(shù)第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六

右圖表示機(jī)械泵轉(zhuǎn)子在連續(xù)旋轉(zhuǎn)過程中的四個(gè)典型位置。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，不斷進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣的過程。假設(shè)被抽容積為V，初始壓強(qiáng)為P

0,泵內(nèi)空腔體積為△V，旋片轉(zhuǎn)過半周后，根據(jù)（1.1）式則壓強(qiáng)P

1為P1（V+△V

）＝P0V即N個(gè)循環(huán)后第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六

機(jī)械泵的定子和轉(zhuǎn)子間存在影響抽真空的有害空間,泵的抽速隨著壓強(qiáng)降低而減小。為了減少有害空間的影響通常采用雙級泵，雙級泵右兩個(gè)轉(zhuǎn)子串連而成，其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的出氣口為另一個(gè)轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣口，這樣可以將極限真空的單極泵的1Pa提高到10-2Pa

機(jī)械泵油的作用非常重要，它起著很好的密封和潤滑作用。泵油基本要求是低的飽和蒸氣壓，一定的粘度和較高的穩(wěn)定性。但是普通機(jī)械泵對于抽走水蒸氣等可凝氣體有很大困難。當(dāng)蒸氣在腔內(nèi)壓縮，壓強(qiáng)達(dá)到飽和蒸氣壓時(shí)，水蒸氣就開始凝結(jié)成水，并與泵油形成一種懸濁液。不僅影響泵油的密封和潤滑，還會造成泵壁生銹。為此在氣體尚未被壓縮前，通過氣鎮(zhèn)閥滲入一定量的氣體來幫助打開排氣閥片，減少水氣的凝結(jié)。氣鎮(zhèn)閥在抽氣的起始階段使用不會影響極限真空，但是到了一定程度后繼續(xù)使用就會降低泵可以達(dá)到的極限真空第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六

左轉(zhuǎn)子由0°轉(zhuǎn)到180°的抽氣過程：在0°位置時(shí)（圖a）左轉(zhuǎn)子從泵入口封入v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)到45°位置時(shí)（圖b

），該腔與排氣口相通。由于排氣側(cè)壓強(qiáng)較高，引起一部分氣體返沖過來。當(dāng)轉(zhuǎn)到90°位置時(shí)（圖c）左轉(zhuǎn)子封入的氣體，連同返沖的氣體一起排向泵外。這時(shí)，右轉(zhuǎn)子也從泵入口封入v0體積的氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到135°時(shí)（圖d）右轉(zhuǎn)子封入的氣體與排氣口相通，重復(fù)上述過程。轉(zhuǎn)子主軸旋轉(zhuǎn)一周共排出四個(gè)v0體積的氣體2、羅茨泵第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六羅茨泵的轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行且沒有卡住的危險(xiǎn)。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故工作時(shí)需要前級泵在1Pa左右的壓強(qiáng)范圍內(nèi)其有相當(dāng)大的抽氣速率，在這范圍內(nèi)機(jī)械泵的抽速很小，擴(kuò)散泵還只剛剛開始工作。羅茨泵可以彌補(bǔ)上述兩種真空泵抽氣速率的脫節(jié)。

羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結(jié)構(gòu)和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空由于以上特點(diǎn)羅茨泵時(shí)常被串連使用第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六3、油擴(kuò)散泵工作原理是：油蒸發(fā)—噴射—凝結(jié)

由于射流具有工作過程高流速(約200米/秒)、高密度、高分子量(300—500)，故能有效地帶走氣體分子圖中左邊部分表示出高速定向的油蒸氣流，右邊部分表示了氣體分析擴(kuò)散壓縮的過程

第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六擴(kuò)散泵必須和機(jī)械泵聯(lián)合工作，才能構(gòu)成高真空抽氣系統(tǒng)。單獨(dú)的擴(kuò)散泵時(shí)沒有抽氣作用的理論上，擴(kuò)散泵的極限真空取決于泵油的蒸氣壓。而且泵油必須具備很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性擴(kuò)散泵油在高溫下接觸一旦大氣非常容易變質(zhì)。即使時(shí)常溫下，長期接觸大氣也會因?yàn)槲账侄档托阅堋Ｒ虼藬U(kuò)散泵內(nèi)應(yīng)盡量保存良好的真空狀態(tài)擴(kuò)散泵油易揮發(fā)，因此在進(jìn)氣口都有擋油的冷阱

第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六真空的量測

1、熱真空計(jì)

測定因溫度變化而引起燈絲電阻變化的真空計(jì)，稱為皮拉尼（Pirani）真空計(jì)用熱電偶測定溫度變化引起電動(dòng)勢變化的真空計(jì)，稱為熱電偶真空計(jì)

測量范圍：102～10-1Pa

2、電離真空計(jì)常用的熱陰極電離真空計(jì)，通過發(fā)射熱電子使氣體電離后，測出離子流，而離子流僅與壓強(qiáng)成正比由此來測出真空度

測量范圍：10-1～10-6Pa

3、放電管如果在真空室的一個(gè)部位接右下圖示的放電管，當(dāng)用氖變壓器外加6千伏電壓時(shí)，就會產(chǎn)生激烈的放電，不同的真空度放電顏色不同。這種廉價(jià)方便的真空計(jì)，但是只能粗略估計(jì)真空度第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六三、真空的應(yīng)用

真空技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。不同真空狀態(tài)有著不同的應(yīng)用：

1、粗真空（105～102Pa）

氣體性質(zhì)與常壓相比較，只有分子數(shù)目較少了，沒有氣體分子空間特性的變化，分子間的碰撞依然頻繁。因此這種真空狀態(tài)下，多是利用真空與大氣的壓力差產(chǎn)生的力以及壓力差均勻的原理來實(shí)現(xiàn)真空力學(xué)的應(yīng)用。

主要應(yīng)用：

真空吸引和輸送固體、液體等

真空吸盤起重，真空醫(yī)療器材

真空成形、真空過渡等第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六

2、低真空（102～10-1Pa）

氣體分子間、分子與器壁間的相互碰撞不相上下，氣體分子密度變得比較小。此時(shí)利用氣體分子密度降低可以實(shí)現(xiàn)無氧化加熱；利用氣壓降低時(shí)其導(dǎo)熱對流逐漸消失的原理來隔熱、絕緣；利用壓強(qiáng)降低液體沸點(diǎn)也降低的原理實(shí)現(xiàn)真空冷凍和干燥主要應(yīng)用：

真空絕緣和真空隔熱

真空蒸餾藥物、油類和高分子化合物

真空冷凍、真空干燥

真空包裝、儲存第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六

3、高真空（10-1～10-5Pa）分子間相互碰撞極少，分子與器壁間碰撞頻繁，分子密度很小。此時(shí)，利用氣體分子密度小任何物質(zhì)與殘余氣體分子的化學(xué)作用微弱的特點(diǎn)進(jìn)行真空冶煉、真空鍍膜和真空器件生產(chǎn)。