真空的获得与测量.doc

《真空的获得与测量.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、真空的获得与测量一、实验目的1、学习真空的基础知识，了解常用真空泵、真空规；2、学习使用机械泵对定容容器抽真空，并用真空计测量真空，计算有效抽速；3、学习使用静态升压法来检测真空系统漏率并判断漏气来源。二、实验原理1、真空的基本概念 （1）真空：低于一个大气压的气体状态。 自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。  （2）真空量度单位 1标准大气压=760mmHg=760Torr =1.013×105Pa ，1Torr=133.3Pa （3）真空区域的划分 目前尚无统一

2、规定，常见的划分为： 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；极高真空 <10-10 Pa 。2、真空的获得——真空泵    （1）原理：如图所示，当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。 （2）真空泵的分类 气体传输泵是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。 气体捕集泵是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、钛升华泵、溅

3、射离子泵、低温泵和吸气剂泵。（3）旋片机械泵旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。工作原理：吸气—压缩—排气，定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。主要参量：抽速和极限压强。由于极限压强较高，常用做前级泵(预抽泵)。3、真空测量——电阻真空计在热偶真空规中，在作为热丝的Pt丝中通过恒定强度的电流。在达到热

4、平衡以后，电流提供的加热功率与通过空间热辐射、金属丝热传导以及气体分子热传导而损失的功率相等，因而热丝的温度将随着真空度的不同而呈现有规律的变化。皮拉尼规有称为热阻式真空规，其工作原理与热偶真空规相似，皮拉尼规以电桥的方式，通过测量热丝的电阻随温度的变化来实现对真空度的测量。4、定容法测机械泵的有效抽速  设被抽容器的容积为V, 气体压强为p, 容器内的气体总量为pV。令机械泵的有效抽速s, 则dt时间抽出的气体量等于气体总量的减少，即p*s*dt=-Vdp式中V是恒量，故有s=-V*d(lnp)/dt由s的表达式可

5、看出，随着气压p的降低，有效抽速s也越来越小，达到极限压强时，即p不再变化时，有效抽速s为0。5、真空检漏与静态升压法一个高真空系统，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

6、结构。尽量选择蒸气压低的真空泵油，其次是搞好真空清洁，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。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

7、分的压强将随时间而上升，用电离真空计或复合真空计和秒表，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，如下图所示。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。这说明系统只有放气而无漏气，气压较低时放气速率较大，达到某一气压值时，放气速率和吸气速率相等，达到平衡，曲线即趋于水平直线。3)直线C是一斜率为的直线。这说明系统只有漏气，系统的漏率为Q漏=V式中V是被检容器的体积。4）曲线D开始上升较快，而后渐渐减慢，最后变成

8、直线，这说明系统既有放气也有漏气，曲线D是B和C的叠加。一个真空系统（或容器）要做到绝对不漏气是不现实的，只要漏孔的漏率足够小，使得平衡压强低于真空系统工作所需要的压强，这些漏孔就是允许的。真空系统正常工作所能允许的最大漏气量，称为最大允许漏率，简称允许漏率。三、实验设备本实验采用DE500型多功能真空镀膜机，结构示意图参考现场讲解。四、实验操