整理低真空獲得和測量

1、低真空獲得和測量(定容法測抽速)簡介1. 真空技術(shù)入門真空：低于一個大氣壓的氣體狀態(tài).1643年,意大利物理學(xué)家托里拆利(E.Torricelli)首創(chuàng)著名的大氣壓實驗,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)域的劃分目前尚無統(tǒng)一規(guī)定,常見的劃分為：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)、日常生活等各個領(lǐng)域.2. 真空獲得一真空泵 1654年,德國物理學(xué)家葛利克創(chuàng)造了抽氣泵,做了著名的馬德堡半球試驗原理：當(dāng)泵工作后,形成壓差,pl >p2,實現(xiàn)了抽氣.真空泵的分類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,例如旋片機械泵、油擴散泵、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)氣口任意給定壓強下,單位時間內(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 Pu 極限真空c最高工作壓強 Pmd工作壓強范圍Pu-Pm：泵能正常工作的壓強范圍幾種常用真空泵的工作壓強范圍旋片機械泵 10510-2 Pa吸附泵 10510-2 Pa擴散泵 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旋片機械泵工作過程是：吸氣 一壓縮一排氣.定子浸在油中起潤滑,密封和堵塞縫隙的作用.主要參量是：抽速和極限壓強.由于極限壓強較高,常用做前級泵預(yù)抽泵.b油擴散泵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.擴散泵不能單獨使用, 一般采用機械泵為前級泵,以滿足出口壓強最大40Pa,如果出口壓強高于規(guī)定值,抽氣作用就會停止.實驗?zāi)康?. 學(xué)會用機械泵獲得低真空以及觀測不同真空度時輝光放電現(xiàn)象.4. 用U型計和熱偶計測量真空以及用定容法測量機械泵的有效抽速.實驗原理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,由丁機械泵對各種氣 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) 對玻璃容器加一高壓時

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,使氣體分子電離,電離產(chǎn)生的次級電子再被電場 加速與氣體分子碰撞,再使氣體分子電離,正負(fù)離子復(fù)合過程會有光子釋放, 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)合過程.由丁各種氣體的電離電位不同,在復(fù)合過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.2. 定容法測機械泵的有效抽速設(shè)被抽容器的容積為v,氣體壓強為p,容器內(nèi)的氣體總量為pvo令機械泵的有效抽速s,那么單位時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也越來越小,到達(dá)極 限壓強時,即p不再變化時,有效抽速s為0.由實驗可知,氣壓p在105 103Pa 之間,s是常量.3. 熱偶真空計熱傳導(dǎo)真空計氣壓下降,管內(nèi)氣體分子減少,熱絲溫度升高,由熱電偶產(chǎn)生的熱電勢增加, 輸出電壓增加.測量范圍：10卜10-1 Pa測量下限：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,這兩局部與壓強無關(guān).熱電偶規(guī)管及其電路原理本實驗重點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. 機械泵、熱偶計、高頻電火花真

7、空測定儀、放電管的原理及使用.本實驗難點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)機械泵后立即放 大氣入泵.2. 機械泵的有效抽速和銘牌標(biāo)稱抽速的區(qū)別.有效抽速是指在特定氣壓下 機械泵單位時間沉著器排出的氣體量,它與閥門口開的大小、泵與容器 連接管道口徑的大小有關(guān).而銘牌標(biāo)稱抽速可以說是理論抽速,它是在 進(jìn)氣口氣壓為一個大氣壓時的抽速.3. 為什么高頻電火花真空測定儀只能對玻璃真空系統(tǒng)進(jìn)行撿漏?高頻電火花真空測定儀的探頭產(chǎn)生一簇雜散的火花,當(dāng)玻璃上有漏孔時,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.金屆是導(dǎo)電的,火花打在任何一處都產(chǎn)生亮點.

8、4. 對不同真空度下產(chǎn)生不同顏色的輝光放電的解釋. 見實驗原理思考題1. 高頻電火花真空測定儀可檢測的真空度范圍是a 103-10-1 Pab任何真空度c 102- 10-2Pa答案：a2. 熱偶真空計的測量下限為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)機械泵后一定要將大氣放入a真空系統(tǒng)b機械泵內(nèi)腔c U型計答案：b4. 使用高頻電火花真空測定儀或放電管會引起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. 研究放電對真空度和熱偶計的影響.實驗儀器RZH 2型熱偶真空計76 -1型高頻火花測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驗數(shù)據(jù)處理令有效抽速為S,容積V,氣體壓強為P:= * 竺(1)*如flnF)(2)假設(shè)想測得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