《低温泵抽气机理之二低温吸附》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低温泵抽气机理之二低温吸附（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、现代实验技术,内容与目的,介绍各种与光电子微电子有关的实验技术的基本原理 通过实验，掌握使用相关的实验技术，进行科研训练，达到培养创新思维和动手能力,第一章：真空技术,低于正常大气压的气体状态的特定空间，称为真空 特点： 1、真空容器内外存在气压差 2、气体分子之间或分子与其他质点之间的碰撞很少（气体的密度n很低）,真空的度量,p=nkT n-m3, T-K, p-Pa =N/m2 （帕斯卡） 度量单位： 标准大气压1.01325105 Pa 一个标准大气压的1/7601乇 1乇1.333224 102 Pa,真空度的划分,粗真空 760-10乇 低真空 10-10-3乇 高真空 10-3-1
2、0-8乇 超高真空 10-8-10-12乇 极高真空 10-12乇,不同真空度下的测量方法,在低真空时采用热偶真空计 热偶真空计是以铁康铜，铜康铜或康铜镍鉻等材料组成 热丝加恒定的电流（mA级）热平衡时具有确定的温度，热电偶产生相应的电动势，热电偶的热端温度与热丝周围散热情况有关，在低真空下以气体热传导为主，因此热端温度与气体压强有关，当气压增大，热传导能力强，使热端温度降低，热电动势小，反之，热电动势增大，由此测定真空度高低,热电偶真空计校准曲线,热偶真空计在使用前应按照管壳上记录的加热电流进行校正，长时间使用使用后，必须进行重新校对 热偶真空计工作范围在1-10-3乇之间，要预防热丝氧化，
3、必须先让系统的真空度达到一定（大约用旋片泵抽半小时后，达到粗真空）才能使用 如果气压太低，则热辐射和引线传热起主要作用，热端温度随气体压强变化不显著，这时应采用真空电离计来测量,在高真空（低于10-3乇）采用电离真空计 利用气体分子收电子碰撞而电离，用一个离子收集极将这些离子收集起来，产生的离子数目与气体密度成比例,真空的测量,电离真空计实物图,真空的获得,使用真空泵获得真空 真空泵的类型：压缩型、捕获型 压缩型：机械泵（包括涡轮分子泵）、扩散泵 捕获型：吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵,真空泵的工作参数,旋片泵：103乇（单级），10-4乇（双级） 吸附泵： 10-5乇 涡轮分子泵： 1
4、0-4乇10-9乇 油扩散泵： 10-4乇 10-8乇 溅射离子泵钛升华泵 10-10乇 污染,旋片泵,旋片泵的应用,旋片泵主要由定子、转子、旋片、定盖、弹簧等零件组成。其结构是利用偏心地装在定子腔内的转子（转子的外圆与定子的内表面相切两者之间的间隙非常小）和转子槽内滑动的借助弹簧张力和离心力紧贴在定子内壁的两块旋片，当转子旋转时，始终沿定子的内壁滑动。 工作原理：定子腔内高速旋转的偏心转子，使进气腔容积周期性扩大而吸气，排气腔的容积周期性缩小而压缩气体，并借助压缩气体的压力推开排气阀门，使待抽容器的气压下降,1-泵体;2-旋片;3-转子; 4-弹簧;5-排气阀,两个旋片把转子、定子内腔和定盖
5、所围成的月牙型空间分隔成A、B、C三个部分，当转子按图示方向旋转时，与吸气口相通的空间A的容积不断地增大，A空间的压强不断的降低，当A空间内的压强低于被抽容器内的压强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进吸气腔A，此时正处于吸气过程。B腔的空间的容积正逐渐减小，压力不断地增大，此时正处于压缩过程。,而与排气口相通的空间C的容积进一步地减小，C空间的压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体推开排气阀，被抽的气体不断地穿过油箱内的油层而排至大气中，在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。 排气阀浸在油里以防止大气流入泵中，油通过泵
6、体上的间隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有运动的表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔的密封，同时油还充满了一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。,双级泵,双级旋片式真空泵由两个工作室组成，两室前后串联，同向等速旋转，室是低真空级，室是高真空级，被抽气体由进气口进入室，当进入的气体压力较高时，气体经室压缩，压强急速增大，被压缩的气体不仅从高级排气阀排出，而且经过中壁通道，进入室，在室被压缩，从低级排气阀排出；当进入室的气体压力较低时，虽经室的压缩，也推不开高级排气阀排出，气体全部经中壁通道进入室，经室的继续压缩，由低级排气阀排出，因此双级旋片式真空泵比单级旋片式真空泵的极限真空高。,旋片泵
7、的用途及使用范围,1. 旋片泵是用来对密封容器抽除气体的基本设备之一。它可单独作用，也可作为增压泵、扩散泵、分子泵等的前级泵，维持泵，钛泵的预抽泵用。可用于电真空器件制造、保温瓶制造、真空焊接、印刷、吸塑、制冷设备修理以及仪器仪表配套等。因为它具有体积小、质量轻、操声低等优点，所以更适宜于实验室里使用。 2.在环境温度540范围内，进气口压强小于1.3X103帕的条件下允许长期连续运转，被抽气体相对湿度大于90%时，应开气镇阀。,3.进气口连续畅通大气运转不得超过一分种。 4.不适用于抽除对金属有腐蚀的，对泵油起化学反应的，含有颗粒尘埃的气体，以及含氧过高的，有爆炸性的，有毒的气体。,旋片真空
8、泵的使用,1、使用前，应仔细阅读产品使用说明书，按要求安装，接线，试转向。 2、为防止因返油与反转而喷油，应先开启泵口，按规定转向把泵内存油盘到油箱中。同时查看油位，应在油标中心以上，但不要满油标，多了要放出。 3、判断转向的辅助方法。把护套倒放在泵口上，如开泵后被吸住，是正向，被吹落，是反向。声音正常是正向，声音异常是反向。 4、如在泵口配装带充气电磁阀，一般应横装，并与泵同时动作。,5、相对湿度较高或被抽气体中含水汽等可凝性蒸汽时，应使用气镇阀。 6、按说明书推荐选用真空泵油。注意酯类真空泵油不可与矿物油型真空泵油和其他油类混用，必须严格清洗后才能换入酯类真空泵油。 7、检查泵的极限压力以
9、压缩式水银真空计为准。全压力计应注意做好计与规管的配对校准和备用比对规管。建议在规管与被测泵之间装一球阀。不测时关阀，可延长规管使用时间。,操作须知,1查看油位，以停泵时注油至油标中心为宜。过低对排气阀不能起油封作用，影响真空度。过高，可能会引起通大气起动时喷油。运转时，油位有所升高，属正常现象。油采用规定牌号的清洁真空泵油，从加油孔加入。加油毕后，应旋一上螺塞。油宜经过滤，以免杂物进入，堵塞油孔。 2可在通大气或任何真空度下一次起动。泵口如装接电磁阀，应与泵同时动作。 3环境温度过高时，油的温度升高，粘度下降，饱和蒸汽压会增大，会引起极限真空有所下降，特别是用热偶计测得的全压强。如加强通风散
10、热，或改善泵油性能，极限真空可得到改善。,4检查旋片式真空泵的极限真空以压缩式水银真空计为准，如计经充分预抽校验，泵温达到稳定，泵口与计直接接通，运转30分钟内，将达到极限真空。总压强计测得之值与泵油和真空计、规管误差有关，有时误差甚至可很大，只能作参考。 5如相对湿度较高，或被抽气体含较多可凝性蒸汽，接通被抽容器后，宜打开气镇阀，运转2040分钟后关闭气镇阀。停泵前，可开气镇阀空载运动30分钟，以延长泵油寿命。,气镇阀（Gasballast Valve）,油封机械真空泵的压缩室上开一小孔，并装上调节阀，当打开阀并调节入气量，转子转到某一位置，空气就通过此孔掺入压缩室以降低压缩比，从而使大部分
11、蒸汽不致凝结而和掺入的气体一起被排除泵外起此作用的阀门称为气镇阀。,气镇阀工作原理,由于大气中都含有一定量的水蒸气，所以泵工作时所抽除的气体多是某些可凝性气体和永久性气体的混合物。这种混合气体在泵内被压缩排气的过程中，如果可凝性气体的分压力超过了泵温下的饱和蒸气压，那么它们就会凝结并与泵油混合，随油一起循环。当它们返回到高真空端时又重新蒸发变成蒸汽。随着泵的运转，凝结物不断增加，使泵的极限真空和抽速降低。当抽除的气体中湿度较大时，泵油的污染更加严重，使泵的密封、润滑和冷却性能变差，以至于经常更换新油。,气镇法是防止蒸汽凝结从而避免油污染的有效方法。这种方法是将室温干燥的空气经气镇孔进入泵的压缩
12、腔中与被抽气体相混合。当把这种混合气体压缩到排气压力时，由于掺气作用使得其中的蒸汽分压能保持在泵温状态的饱和蒸气压以下，因而蒸汽不会凝结而与其它气体一起被排至泵外。被抽气体中蒸汽的含量越多，掺入的干燥气体量就需越多。,6泵油选择：泵油的粘度影响起动功率和泵的极限真空，粘度高时对真空度有利，起动功率则大一些。油在泵温下的饱和蒸汽压则会影响泵的极限总压强，越低越好。高速真空泵油和3#扩散泵油的粘度较1号真空泵油大，饱和蒸汽压较1号真空泵油低，但3#扩散泵油价格较高。具体选什么油，可根据上述介绍结合具体使用要求来选择。,(1)一般情况下，凡希望总压强在6X10-2帕以上的应用上海产的高速真空泵油。4
13、升/秒以下小泵也可用1号真空油泵代，8升/秒以上直联泵可用3#扩散泵油代。 (2)如果对真空度要求不高，且油的污染更换频繁，真空泵油供应困难，可采用50号机械油代替。 (3)如果环境温度低，起动困难，极限真空要求不高，可采用粘度较上略低的真宅泵油或机械油,典型双级旋片泵性能参数,型号 2XZ-0.25 2XZ-0.5 2XZ-1 2XZ-2 2XZ-4 2XZ-8 形式 直联双级串联旋片式 抽气速率 0.25 0.5 1 2 4 8 极限真空 Pa 610-1 610-2 转速 转/分 1400 进气口直经 mm 10 13 13 19 19 32用油量 MI 0.3 0.42 0.4 0.4
14、8 0.55 0.7泵油温升 40 40 40 45 45 60 电机功率 kW 0.12 0.18 0.25 0.37 0.55 0.75重量 Kg 15 18 19 27 30 35 噪音 分贝 64 64 66 68 70 74,维护和保养,一、注意事项： 1保证真空泵的清洁，防止杂物进入泵内。 2保持真空泵油位。 3存放下当水份或其它挥发性物质进入泵内而影响极限真空时，可开气镇阀净化之，观察极限真空回升情况，数小时无效，应更换泵油，必要时可再次更换。 换油方法：泵运转约半小时，使油变稀，停泵从放油孔放油，再敞开进气口运转1020秒钟，此间可从吸气口缓缓加入少量清洁泵油，以更换泵腔内存油
15、。如出来的油很脏，后者可重复进行。,4真空泵不可混入柴油、汽油等其它饱和蒸汽压较大的油类，以免降低极限真空。拆洗泵内零件时，一般用纱布擦拭即可以。若发现有金属碎屑、砂泥或其它有害物质必须清洗时，可用汽油等擦洗，干燥后方可装配，切忌用汽油浸泡。 5倘若因泵需拆开清洗或检修，必须注意拆装步骤，以免损坏机件。,故障分类,分为运转故障和性能故障。 运转故障可包括泵不转，泵温太高，漏油，漏水，最大功率超标等。 性能故障可包括极限压力、抽气效率、噪声、喷油，气镇性能等不达标或不能满足要求。,故障判断与诊断例举,1、泵不转。情况不明不能先开泵，以免加重故障。用手能盘动和不能盘动。 A、泵能盘动而不转。原因可以是联轴器故障；皮带打滑；电机接线有误；电机损坏；电源没电等。 B、不能盘动或盘起来很重的，原因可以是因为起动泵温太低，泵油粘度太高；设计制造原因的停泵返油太多。油位太高引起的停泵返油太多（加油太多，或有水汽在泵中凝结，或在排气管中凝结的水流回泵中）；有异物在泵内（进气管中的焊渣、氧化物；旋片弹簧等泵零件的碎屑）；旋片变形卡住；发生了咬合（铜套、转子、中壁、泵盖、定子、轴承
