整理低真空獲得和測(cè)量

1、低真空獲得和測(cè)量(定容法測(cè)抽速)簡(jiǎn)介1. 真空技術(shù)入門(mén)真空：低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài).1643年,意大利物理學(xué)家托里拆利(E.Torricelli)首創(chuàng)著名的大氣壓實(shí)驗(yàn),獲 得真空.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.真空量度單位：1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=760(Torr)1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa真空區(qū)域的劃分目前尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定,常見(jiàn)的劃分為：粗真空105 103 Pa低真空103 10-1 Pa高真空10-1 10-6 Pa超高真空10-6 10-10 Pa極高真空<10-10 Pa真空技

2、術(shù)的應(yīng)用電子技術(shù)、航空航天技術(shù)、加速器、外表物理、微電子、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化工、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域.2. 真空獲得一真空泵 1654年,德國(guó)物理學(xué)家葛利克創(chuàng)造了抽氣泵,做了著名的馬德堡半球試驗(yàn)原理：當(dāng)泵工作后,形成壓差,pl >p2,實(shí)現(xiàn)了抽氣.真空泵的分類(lèi)氣體傳輸泵是一種能將氣體不斷地吸入并排出泵外以到達(dá)抽氣目的的真空泵,例如旋片機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵、渦輪分子泵.氣體捕集泵是一種使氣體分子短期或永久吸附、凝結(jié)在泵內(nèi)外表的真空泵,例如分子篩吸附泵、升華泵、濺射離子泵、低溫泵和吸氣劑泵.真空泵的主要參數(shù)a)S 抽氣速率：定義為在泵的進(jìn)氣口任意給定壓強(qiáng)下,單位時(shí)間內(nèi)流入泵內(nèi)的氣 體體

3、積或表小為：S并不是常其中,Q為單位時(shí)間內(nèi)流入泵的氣體量.泵的抽氣速率 數(shù),隨P而變.b極限壓強(qiáng) Pu 極限真空c最高工作壓強(qiáng) Pmd工作壓強(qiáng)范圍Pu-Pm：泵能正常工作的壓強(qiáng)范圍幾種常用真空泵的工作壓強(qiáng)范圍旋片機(jī)械泵 10510-2 Pa吸附泵 10510-2 Pa擴(kuò)散泵 10°10-5 Pa渦輪分子泵 101 10-8Pa濺射離子泵 100 10-10Pa低溫泵10-1 10-11Pa幾種常用真空泵的工作原理a旋片機(jī)械泵工作過(guò)程是：吸氣 一壓縮一排氣.定子浸在油中起潤(rùn)滑,密封和堵塞縫隙的作用.主要參量是：抽速和極限壓強(qiáng).由于極限壓強(qiáng)較高,常用做前級(jí)泵預(yù)抽泵.b油擴(kuò)散泵1水冷套2噴

4、油嘴3導(dǎo)流管#泵殼5加地黯工作原理是：油蒸發(fā) 一噴射一凝結(jié),重復(fù)循環(huán)由于射流具有工作過(guò)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.擴(kuò)散泵不能單獨(dú)使用, 一般采用機(jī)械泵為前級(jí)泵,以滿足出口壓強(qiáng)最大40Pa,如果出口壓強(qiáng)高于規(guī)定值,抽氣作用就會(huì)停止.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)會(huì)用機(jī)械泵獲得低真空以及觀測(cè)不同真空度時(shí)輝光放電現(xiàn)象.4. 用U型計(jì)和熱偶計(jì)測(cè)量真空以及用定容法測(cè)量機(jī)械泵的有效抽速.實(shí)驗(yàn)原理1. 輝光放電隨著真空度的提升,容器內(nèi)的剩余氣體分子逐漸減少,由丁機(jī)械泵對(duì)各種氣 體的抽氣速率不同,剩余氣體中各種氣體成分的比例隨著氣壓的降低而變化.當(dāng) 對(duì)玻璃容器加一高壓時(shí)

5、,容器中的游離電子宇宙射線產(chǎn)生被加速與氣體分子 碰撞,當(dāng)電子的能量足夠大時(shí),使氣體分子電離,電離產(chǎn)生的次級(jí)電子再被電場(chǎng) 加速與氣體分子碰撞,再使氣體分子電離,正負(fù)離子復(fù)合過(guò)程會(huì)有光子釋放, 即 產(chǎn)生輝光放電,輝光放電是氣體電離的根本形式之一,它反映了容器內(nèi)氣體的電 離和復(fù)合過(guò)程.由丁各種氣體的電離電位不同,在復(fù)合過(guò)程中釋出的光子頻率不 同,即輝光放電的顏色也不同,根據(jù)顏色變化可大致判斷真空度的量級(jí).2. 定容法測(cè)機(jī)械泵的有效抽速設(shè)被抽容器的容積為v,氣體壓強(qiáng)為p,容器內(nèi)的氣體總量為pvo令機(jī)械泵的有效抽速s,那么單位時(shí)間抽出的氣體量等丁氣體總量的減少,即式中V是衡量,故有$ = 一/四巴0成成

6、,由s的表達(dá)式可看出,隨著氣壓p的降低,有效抽速s也越來(lái)越小,到達(dá)極 限壓強(qiáng)時(shí),即p不再變化時(shí),有效抽速s為0.由實(shí)驗(yàn)可知,氣壓p在105 103Pa 之間,s是常量.3. 熱偶真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)氣壓下降,管內(nèi)氣體分子減少,熱絲溫度升高,由熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)增加, 輸出電壓增加.測(cè)量范圍：10卜10-1 Pa測(cè)量下限：熱絲溫度較高,氣體分子熱傳導(dǎo)很小,熱絲引線本身的熱傳導(dǎo)和 熱輻射引起的熱量減小占主導(dǎo)地位,這兩局部與壓強(qiáng)無(wú)關(guān).熱電偶規(guī)管及其電路原理本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)1. 真空的定義,真空的單位,真空的區(qū)域劃分,真空與氣壓的關(guān)系.2. 玻璃真空系統(tǒng)的操作規(guī)程及考前須知.3. 機(jī)械泵、熱偶計(jì)、高頻電火花真

7、空測(cè)定儀、放電管的原理及使用.本實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)1. 真空系統(tǒng)排氣的操作程序要搞活楚,順序不可顛倒,關(guān)機(jī)械泵后立即放 大氣入泵.2. 機(jī)械泵的有效抽速和銘牌標(biāo)稱(chēng)抽速的區(qū)別.有效抽速是指在特定氣壓下 機(jī)械泵單位時(shí)間沉著器排出的氣體量,它與閥門(mén)口開(kāi)的大小、泵與容器 連接管道口徑的大小有關(guān).而銘牌標(biāo)稱(chēng)抽速可以說(shuō)是理論抽速,它是在 進(jìn)氣口氣壓為一個(gè)大氣壓時(shí)的抽速.3. 為什么高頻電火花真空測(cè)定儀只能對(duì)玻璃真空系統(tǒng)進(jìn)行撿漏?高頻電火花真空測(cè)定儀的探頭產(chǎn)生一簇雜散的火花,當(dāng)玻璃上有漏孔時(shí),漏 孔處的氣體密度較大,電導(dǎo)率大,雜散的火花在此處變成一束,并在漏孔處產(chǎn)生 一亮點(diǎn).金屆是導(dǎo)電的,火花打在任何一處都產(chǎn)生亮點(diǎn).

8、4. 對(duì)不同真空度下產(chǎn)生不同顏色的輝光放電的解釋. 見(jiàn)實(shí)驗(yàn)原理思考題1. 高頻電火花真空測(cè)定儀可檢測(cè)的真空度范圍是a 103-10-1 Pab任何真空度c 102- 10-2Pa答案：a2. 熱偶真空計(jì)的測(cè)量下限為10-1Pa,原因是a熱電偶的性能b熱絲電流飽和c熱絲引線的熱傳導(dǎo)和熱輻射占主導(dǎo)地位.答案：c3. 關(guān)機(jī)械泵后一定要將大氣放入a真空系統(tǒng)b機(jī)械泵內(nèi)腔c U型計(jì)答案：b4. 使用高頻電火花真空測(cè)定儀或放電管會(huì)引起a系統(tǒng)真空度提升b系統(tǒng)真空度減小c系統(tǒng)損壞答案：b5. 研究放電對(duì)真空度和熱偶計(jì)的影響.實(shí)驗(yàn)儀器RZH 2型熱偶真空計(jì)76 -1型高頻火花測(cè)定儀及探頭真空系統(tǒng)2XZ 0.5型真

9、空泵霓虹燈變壓器放電管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理令有效抽速為S,容積V,氣體壓強(qiáng)為P:= * 竺(1)*如flnF)(2)假設(shè)想測(cè)得S,只要先求lnP和t的關(guān)系曲線P (Torr)540496460418380346314286258t (S)01020304050607080P (Torr)234214190174156142128116106t (S)90100110120130140150160170P (Torr)-_-12 X 101_11 X 101_28 X 102_26 X 102_24 X 102一 _-22.5 X02-22.0 X02_-21.5 X0 2t (S)01829417995162252P(torr)P (torr)圖1 InP和t的關(guān)系從圖1中可得：思=理旦=9.7翼