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1、玻璃真空系统及其测量与检漏时间:2010-01-01 来源: 兰州大学物理科学与技术学院编辑: 宋长安为不熟悉工程实际的理科学生设计制造了玻璃制扩散泵真空系统实物模型, 使其直观地了解真空获得、 测量和检漏的工作原理。 简述其构造及由此模型可具 体理解的内容。1、玻璃真空系统获得真空用 真空泵。 真空泵按工作条件的不同分为两类: 能够在大气压下工 作的真空泵称为初级泵 ( 如机械泵 ) , 用来产生预备真空 , 需要在预备条件下 才能工作的真空泵称为次级泵( 玻璃扩散泵 ) , 次级泵用来进一步提高真空度, 获得高真空。真空分段 : 粗真空 760 10 Pa; 低真空 10 10-2Pa;
2、中真空 10-210-4Pa; 高真空 10-410-7Pa;超高真空 10-1210-14Pa;玻璃扩散泵其 结构图 1 所示, 扩散泵是高真空泵 , 当机械泵的极限真空度不能满足要求时, 通常加扩散泵来获得高真空。这种泵不能从通常气压下开始工作, 只能在低于 1Pa气压下才能工作。因此 , 必须与初级泵串联使用。扩散泵 的液体油有多种 , 目前广泛使用的是3 号扩散泵油 ( 20 时饱和汽 压为 1.310-6Pa)沸点 375和 275号硅油( 20时饱和汽压为 1.310-8Pa) 沸 点 430。扩散泵开始工作之前 , 必须先开动机械泵抽气 , 达到预备真空时 ( 约 1.3 Pa)
3、 , 便可以使用电炉对扩散泵蒸发器中的油进行加热, 约 2535 min 的时间 , 便可观察到 , 扩散泵油开始沸腾 , 油蒸汽开始顺向每一级喷口定向喷发, 形成 射流。当硅油加热至沸腾时430, 便产生大量油蒸汽 , 蒸汽经过导管由各级喷 嘴高速喷出 , 此时, 由于来自被抽容器的气体不断向蒸汽流中扩散,( 便称扩散 泵) 便被带到下方伞形帽喷发的射流, 这股射流的压强大于上一级射流, 气体 分子进入下一级射流 , 这一级压强又大于上一级射流, 而油蒸汽被冷凝水套凝 结, 沿着管壁经过回油管流回蒸发器, 被带到下方的气体则由机械泵以每秒4 升的速率抽走 , 20 min 后可达到扩散泵的极
4、限真空度。这些工作状态, 只有透 过玻璃很容易观察到 , 扩散、喷发和冷凝的过程 , 这也是扩散泵名称的由来 , 这 些工作状态金属扩散泵是无法观察到的。使用扩散泵时必须注意: 与扩散泵配合的机械泵 , 它的抽气速率必须保证及时排走扩散泵内部所 排出的气体。 扩散泵工作时冷却水必须畅通, 否则会使冷凝水套中的水温过高, 油蒸 汽不能很好的凝结 , 以致部分蒸汽要冲向被抽容器, 影响泵的抽气速率和极限 真空度。 加热电炉的功率大小也是影响泵的抽气速率, 所以应选择适合的电炉。图 1 扩散泵图 2 热偶真空计2、真空系统测量真空计 是测量真空系统中气体压强的仪器, 种类很多 , 这里介绍的 复合真
5、空 计是常见的一种 , 复合真空计是由温差电偶真空计与热阴极电离真空计组合而 成。2.1 、温差电偶真空计的原理温差电偶真空规管由玻璃制成, 通过小管 8 和真空系统相接 , 如图 2 所示, 在规管内的两根引线上装有热丝3, 另外两根引线上焊着一对温差电偶4, 温差 电偶的另一端与热丝在A 点焊接。由于在低压下 , 气体的热传导系数与压强成 正比, 所以在通过热丝的电流 ( 90150 mA) 一定的条件下 , 热丝的温度随着规 管内真空度的提高而升高, 温差电偶电动势也就随之而增大。 因此, 通过测量温 差电偶电动势 , 就可确定出被测系统的真空度, 温差电偶真空计就是根据这个 原理制成的
6、。温差电偶真空计的电离真空计的测量范围1510-2Pa。2.2 、热阴极电离真空计的原理电离真空规管就是一只三极管, 如图 3 所示, 通过 B 管与真空系统相接 , 使用时 , 在灯丝电路中通以电流5 mA, 灯丝受热后便发射电子 , 由于栅极为正 电压, 使电子加速 , 中途与气体分子相碰 , 气体的密度越大 , 碰撞机会越大 , 产生的正离子也越多。 另外, 由于板极电压为负 , 便吸引正离子在板极电路中形 成板极电流 Ip , 气体分子密度越大 ( 即压强越大 ) , 板极电流也越大 , 反之就 小。 所以, 通过测量板极电流便可以确定气体的压强, 热阴极电离真空计就是根 据这个原理制
7、成的。热阴极电离真空计是测量极高真空的仪器, 测量范围为 110-2110-5Pa。注意 : 一旦测量完结 , 立刻关闭电离真空规管灯丝, 这样 可延长规管使用寿命。图 3 电离真空计图 4 复合计真空计玻璃真空系统及其测量与检漏时间:2010-01-01 来源: 兰州大学物理科学与技术学院编辑: 宋长安为不熟悉工程实际的理科学生设计制造了玻璃制扩散泵真空系统实物模型, 使其直观地了解真空获得、 测量和检漏的工作原理。 简述其构造及由此模型可具 体理解的内容。1、玻璃真空系统获得真空用 真空泵。 真空泵按工作条件的不同分为两类: 能够在大气压下工 作的真空泵称为初级泵 ( 如机械泵 ) , 用
8、来产生预备真空 , 需要在预备条件下 才能工作的真空泵称为次级泵( 玻璃扩散泵 ) , 次级泵用来进一步提高真空度, 获得高真空。真空分段 : 粗真空 760 10 Pa; 低真空 10 10-2Pa; 中真空 10-210-4Pa; 高真空 10-410-7Pa;超高真空 10-1210-14Pa;玻璃扩散泵其 结构图 1 所示, 扩散泵是高真空泵 , 当机械泵的极限真空度不能满足要求时, 通常加扩散泵来获得高真空。这种泵不能从通常气压下开始工作, 只能在低于 1Pa气压下才能工作。因此 , 必须与初级泵串联使用。扩散泵 的液体油有多种 , 目前广泛使用的是3 号扩散泵油 ( 20 时饱和汽
9、 压为 1.310-6Pa)沸点 375和 275号硅油( 20时饱和汽压为 1.310-8Pa) 沸 点 430。扩散泵开始工作之前 , 必须先开动机械泵抽气 , 达到预备真空时 ( 约 1.3 Pa) , 便可以使用电炉对扩散泵蒸发器中的油进行加热, 约 2535 min 的时间 , 便可观察到 , 扩散泵油开始沸腾 , 油蒸汽开始顺向每一级喷口定向喷发, 形成 射流。当硅油加热至沸腾时430, 便产生大量油蒸汽 , 蒸汽经过导管由各级喷 嘴高速喷出 , 此时, 由于来自被抽容器的气体不断向蒸汽流中扩散,( 便称扩散 泵) 便被带到下方伞形帽喷发的射流, 这股射流的压强大于上一级射流, 气
10、体 分子进入下一级射流 , 这一级压强又大于上一级射流, 而油蒸汽被冷凝水套凝 结, 沿着管壁经过回油管流回蒸发器, 被带到下方的气体则由机械泵以每秒4 升的速率抽走 , 20 min 后可达到扩散泵的极限真空度。这些工作状态, 只有透 过玻璃很容易观察到 , 扩散、喷发和冷凝的过程 , 这也是扩散泵名称的由来 , 这 些工作状态金属扩散泵是无法观察到的。使用扩散泵时必须注意: 与扩散泵配合的机械泵 , 它的抽气速率必须保证及时排走扩散泵内部所 排出的气体。 扩散泵工作时冷却水必须畅通, 否则会使冷凝水套中的水温过高, 油蒸 汽不能很好的凝结 , 以致部分蒸汽要冲向被抽容器, 影响泵的抽气速率
11、和极限 真空度。 加热电炉的功率大小也是影响泵的抽气速率, 所以应选择适合的电炉。图 1 扩散泵图 2 热偶真空计2、真空系统测量真空计 是测量真空系统中气体压强的仪器, 种类很多 , 这里介绍的 复合真空 计是常见的一种 , 复合真空计是由温差电偶真空计与热阴极电离真空计组合而 成。2.1 、温差电偶真空计的原理温差电偶真空规管由玻璃制成, 通过小管 8 和真空系统相接 , 如图 2 所示, 在规管内的两根引线上装有热丝3, 另外两根引线上焊着一对温差电偶4, 温差 电偶的另一端与热丝在A 点焊接。由于在低压下 , 气体的热传导系数与压强成 正比, 所以在通过热丝的电流 ( 90150 mA
12、) 一定的条件下 , 热丝的温度随着规 管内真空度的提高而升高, 温差电偶电动势也就随之而增大。 因此, 通过测量温 差电偶电动势 , 就可确定出被测系统的真空度, 温差电偶真空计就是根据这个 原理制成的。温差电偶真空计的电离真空计的测量范围1510-2Pa。2.2 、热阴极电离真空计的原理电离真空规管就是一只三极管, 如图 3 所示, 通过 B 管与真空系统相接 , 使用时 , 在灯丝电路中通以电流5 mA, 灯丝受热后便发射电子 , 由于栅极为正电压, 使电子加速 , 中途与气体分子相碰 , 气体的密度越大 , 碰撞机会越大 , 产生的正离子也越多。 另外, 由于板极电压为负 , 便吸引正
13、离子在板极电路中形 成板极电流 Ip , 气体分子密度越大 ( 即压强越大 ) , 板极电流也越大 , 反之就 小。 所以, 通过测量板极电流便可以确定气体的压强, 热阴极电离真空计就是根 据这个原理制成的。热阴极电离真空计是测量极高真空的仪器, 测量范围为 110-2110-5Pa。注意 : 一旦测量完结 , 立刻关闭电离真空规管灯丝, 这样 可延长规管使用寿命。图 3 电离真空计图 4 复合计真空计2.3 、复合真空计的使用复合真空计由上述两种真空计组合而成, 现在常用的型号有 WXK 型和 FZH 型, 使用方法基本相同。现就WZK-1A 型介绍如下。如图 4 所示是 WXK-1A 型的
14、 板面图 , K1 为电流总开关 , 开关 K3、K4 及电位器 W5 和电表 CB2 属于温差电 偶真空计部分 , 其余均属于热阴极电离真空计部分, 温差电偶真空规管和电离真 空规管已经焊接在真空系统上, 测量时 , 各用一根电缆线与复合真空计相接, 在使用前或停止使用时 , 应该使面板上的所有开关都处于关闭状态, 如图 4 所 示。(1) 温差电偶真空计的使用 : 接通电流 , 预热 10 min, 使 K4 放在( 加热电 流) 位置, 调节 W5 使 CB2 表的指针在下面一行刻度 (mA) 上达到加热电流的规定值( 记在每只温差电偶真空管的管座上或按说明书规定) , 然后使 K4 放
15、在 ( 测量) 位置, 从 CB2 表的上面一行刻度 ( mV) 可读出温差电偶电动势 , 利用 规管标准曲线 , 即可查出所测的真空度 ( 有的温差电偶真空度直接刻在CB2 表 分度盘上 ) 。(2) 电离真空计的使用 : 当被测系统的真空度低于0.1 Pa 时, 不能接通电 离真空计 , 否则会烧坏电离真空规管 , 必须在温差电偶真空计CB2表的指针达 到满偏转刻度时 , 才能使用电离计 , 电离真空计暂时不用时 , 需断开电离计电源 , 否则会影响电离真空规管的寿命。 发射电源的调节 : 在未接通电源时 , 采用五芯电缆线把电离真空规管与 仪器联接 , 带鳄鱼夹的接线与电离真空规管板极联
16、接, 有香蕉插头一端与仪器 背面接线柱连接 , 接通电源 , 预热 10 min, 把 K7放在( 测) 位置, K6 放在( 发 射电流 ) 位置, 调 W4 使 CB1 表指针指在红色标线“ 5”处。此时发射电流即为 标准值 5 mA 。 零点调整 : 完成上一步后 , K6 放在( 测量)位置, K5 放在( 调零) 位置, 调节 W3 让表的指针指向零。 满偏转刻度调整 : 完成调零工作后 , 把 K5置于( 测量) 位置, 把 W1 调 到( 校准) 位置, 调节 W2 使指针满刻度。 测量压强 ( 真空度 ) : 完成上一步后 , 将 W1转到量程 103, 102, ? ; 由 电表指示的数值乘以量程开关所指示的数值, 即所测量真空度之值。3、玻璃系统检漏在真空系统 初步装置完成以后 , 就要检查是否漏气 , 漏气可能发生在接口 部位处 , 也可能发生在管道或者真空泵本身。 一般讲 , 系统在较
