高真空获得与测量

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1、高真空的获得、测量和检漏（2012-02-22）在真空技术中，检漏技术已成为一项很重要的内容。从17世纪获得真空以来，这300多年可以说是真空工作者向漏气作斗争的历史。漏气是真空的大敌，由于漏气而产生的问题是十分严重的，它引起真空变差，使真空处理物质变坏、原子能放射逸出、锅炉出现事故、电工电子产品性能降低或报废、制冷设备制冷效果变差或根本不制冷……总之，检漏技术与很多领域息息相关，在半导体、电力、制冷、航空航天、原子能、真空、医疗、汽车等行业已经得到了成功的应用。实验目的：学习使用机械泵、扩散泵机组获得高真空，并热偶真空计和电离

2、真空计来测量真空；学习使用静态升压法来判断真空系统的漏气来源。实验原理：1．高真空的测量--电离真空规具有足够能量的电子与气体分子碰撞会引起分子的电离，产生正离子和电子，电子与分子的碰撞次数正比于分子数密度n，即正比于总压强p，故产生的正离子数N+正比于压强p。电离真空规管的结构如图2.6.311-l所示,它主要由发射电子的热阴极（灯丝F）、加速并收集电子的加速极G和收集离子的收集极C等三部分组成。其接线图如图2.6.3－2所示,规管中心热阴极F接零电位,UK为热阴极加热电压；加速极G接正电位UG（几百伏）；离子收集极接负电位U

3、C（几十伏）,其作用是使由阴极F发射的电子,在加速电位UG的作用下,飞向G极使电子能量增加,大部分电子通过加速极G飞向圆筒型收集极C,电子轨迹如图2.6.3－3所示,在G、C之间拒斥场的作用下电子减速，在速度减到零时，电子返转飞向G，在电子飞向G、C空间时,电子又在拒斥场作用下减速,直到速度为零又返向G极，向G、C方向飞行。电子在这种返往运动中与气体分子不断发生碰撞，把能量传给气体分子，使其电离，而电子最终被加速极所收集；在G、C间产生的正离子被收集极C接收形成离子流，此离子流被外电路中的微安计测得。对于一定结构的规管，当各电极

4、电位一定时，对某种气体，在规管中电离所形成的正离子流I+正比于发射电子电流Ie和气体的压强p，即I+=KIep（1）其中比例常数K称为电离计的灵敏度，其意义是在单位电子电流、单位压强下所得到的离子流，其单位为1／Pa，K值多通过实验测得。在实际测量中,规定发射电流Ie等于常数。对于不同气体,K值也不同，通常所指的灵敏度是对于干燥空气或氮气而言。普通型热阴极电离规的测量范围为1.33X10－1~1.33X10-5Pa，超出此范围，离子流与压强便不再是线性关系而不能进行测量。而且当气压较高超过0.1Pa时，正离子流I+会较大，容易把

5、微安计烧坏，因此电离真空计必须在小于0.1Pa的压强条件下工作。2.扩散泵的工作原理当扩散泵被电炉加热时，产生油蒸汽沿着导流管经伞形喷嘴向下喷出。因喷嘴外面有机械泵提供的真空（1~10-1Pa），故油蒸汽流可喷出一长段距离，构成一个向出气口方向运动的射流。射流最后碰上由冷却水冷却的泵壁凝结为液体流回蒸发器，即靠油的蒸发、喷射、凝结重复循环来实现抽气。由进气口进入泵内的气体分子一旦落入蒸汽流中便获得向下运动的动量向下飞去。由于射流具有高流速（约200m/s），高的蒸汽密度，且扩散泵油分子量大（300~500），故能有效的带走气体分

6、子。气体分子被大王出气口处再由机械泵抽走。其结构示意图如图2.6.3所示。113．真空检漏一个高真空系统，如果经过长时间抽气，仍达不到预期的真空度，在排除泵的因素后，可能的原因有：蒸气源：水蒸气、机械泵油和扩散泵油的蒸气、高真空的密封油脂和封蜡的蒸气及系统内其他污染物，形成蒸气源。表面放气：系统的器壁、系统内金属元件表面吸附着大量气体分子，在低压下向系统内释放。真漏：真空系统连接部位安装不良，焊接处有漏孔或漏隙及阀门处密封不严所造成。对于蒸气源和表面放气，首先在设计系统时要选择合适的材料和结构。尽量选择蒸气压低的真空泵油，其次是

7、搞好真空清洁，使系统表面清洁、干燥，然后在真空条件下烘烤去气，但材料吸附的气体不可能完全去除，在压强较低时，表面放气还是存在。实验中的主要问题是真漏，这正是检漏所要解决的问题。检漏的首要问题是要判断系统是否漏气，其次是确定漏气率的大小，以便确定它是否在允许范围，最后是用合适的仪器找出漏孔的确切位置，用合适的密封材料堵漏。（l）静态升压法在高真空系统，漏孔或漏隙用肉眼一般是看不出来的我们通常采用静态升压法，即把系统抽到一定压强后，关闭阀门，将被检部分与泵隔开，由于漏气和表面放气，被检部分的压强将随时间而上升，用电离真空计或复合真空

8、计和秒表，测出P-T关系曲线，由曲线形状，我们可以判断系统是否漏气，如图2.6.3－4听示。11图2.6.3-4压强随时间的变化l）直线A平行于T轴，说明压强是恒量,它不随时间而变化，表明系统既无放气也无漏气。2）曲线B开始上升较快而后渐渐变成平行于T轴的直线。