真空技术常用公式1、 玻义尔定律体积V,压强P, P・V =常数一定质量的气体,当温度不变时,气体的压强与气体的体积成反比即 p1/p2=v2/v12、 盖•吕萨克定律当压强P不变时,一定质量的气体,其体积V与绝对温度T成正比:v1/v2=t1/t2=常数当压强不变时,一定质量的气体,温度每升高(或P降低)1 °C,则它的体积比原来增加(或缩 小)1/2733、 查理定律当气体的体积V保持不变,一定质量的气体,压强P与其他绝对温度T成正比,即:P1/P2 = T1/T2在一定的体积下,一定质量的气体,温度每升高(或降低)1 C,它的压强比原来增加(或减 少)1/2734、 平均自由程:;=(5x10-3)/P (cm)5、 抽速:S = dv/dt (升/秒)或 S = Q/PQ=流量(托・升/秒)P =压强(托) V=体积(升)t=时间(秒)6、 通导:C = Q/(P2-P1)(升/秒)7、 真空抽气时间:对于从大气压到1托抽气时间计算式:t = 8V/S (经验公式)V为体积,S为抽气速率,通常t在5~10分钟内选择8、维持泵选择:S维=$前/109、 扩散泵抽速估算:S = 3D2 (D =直径 cm)10、 罗茨泵的前级抽速:S = (0.1~0.2)S 罗(l/s)11、 漏率:Q s = V(P2-Pi)/(t2-ti)Q漏一系统漏率(mmHg・l/s)V一系统容积(l)P1-真空泵停止时系统中压强(mmHg)P2一真空室经过时间t后达到的压强(mmHg)t-压强从P1升到P2经过的时间(s)12、粗抽泵的抽速选择:S=Q1/P 预(l/s)S=2.3V・lg(Pa/P 预)/tS-机械泵有效抽速Q1-真空系统漏气率(托■升/秒)P预一需要达到的预真空度(托)V-真空系统容积(升)t-达到P预时所需要的时间Pa-大气压值(托)13、前级泵抽速选择:排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵、油增压泵、罗茨泵、涡轮分子泵等,它们工作时需 要前级泵来维持其前级压力低于临界值,选用的前级泵必须能将主泵的最大气体量排走,根据管路中, 各截面流量恒等的原则有:PnSg>PgS 或Sg2Pgs/PnSg—前级泵的有效抽速(l/s)Pn-主泵临界前级压强(最大排气压强)(l/s)Pg-真空室最高工作压强(托)S一主泵工作时在Pg时的有效抽速。
l/s)14、 扩散泵抽速计算公式:S = Q/P = (K・n)/(P・t)(升/秒)式中:S一被试泵的抽气速率(l/s)n 一滴管内油柱上升格数(格)t一油柱上升n格所需要的时间(秒)P一在泵口附近测得的压强(托)K一滴管系数(托■升/秒)K=V°・(L/n)・(Y°/Ym)+PaM其中V0 一滴管和真空胶管的原始容积(升)L一滴管刻度部分的长度(mm)n 一滴管刻度部分的格数(格)Y0一油的比重(克/厘米3)Ym一汞的比重(克/厘米3)Pa—当地大气压强(托)△Vt一滴管的刻度上的一格的对应的容积(升/格)15、 旋片真空泵的几何抽速计算公式:S = nZnLKv(D2-d2)/(24x104) (l/s)式中:Z为旋片数,n为转速(转/分),L为泵腔长度,D为泵腔直径,d为转子直径(cm), Kv为容积利 用系数(一般取95%)16、 O型橡胶槽深B=0.7DD为橡胶直径,槽宽C=1.6B17、 方形橡胶槽深B=0.8A对于任何一种真空产品或一项真空工艺,都有着专门的物理知识作为其工作原理的基础但本次 讲座所要介绍的,仅仅是那些在真空行业的各个领域中都会经常遇到的最基本的物理知识。
主要 包括气体及蒸汽的性质及其内部各种动力过程的规律(空间过程)、气体与固体间的作用规律(器壁 过程)以及气体流动的规律限于篇幅,每个方面只能作简单的介绍一、理想气体定律首先应该说明,本节及以后几节中所介绍的定律和公式,是针对平衡状态下的理想气体得出 的不过,常温(与室温相比)低压(相对大气压而言)下的各种气体都可以看作是近似程度相当好 地理想气体,因此,我们可以放心地把这些定律和公式应用于真空工程的绝大部分计算之中这 其中包括通常所涉及到的各种气体,甚至于接近饱和的蒸汽(如水蒸汽);也包括各类气体状态过 程,甚至于明显的非平衡状态(如气体的流动过程)气体的压力p(Pa)、体积V(m3)、温度T(K)和质量m(kg)等状态参量间的关系,服从下述气体 实验定律:1、 波义耳〜马略特定律:一定质量的气体,若其温度维持不变,气体的压力和体积的乘积为 常数pV =常数(1)2、 盖■吕萨克定律:一定质量的气体,若其压力维持不变,气体的体积与其绝对温度成正比V/T =常数(2)3、 查理定律:一定质量的气体,若其体积维持不变,气体的压力与其绝对温度成正比p/T =常数(3)上述三个公式习惯上称为气体三定律。
具体应用方式常为针对由一个恒值过程连结的两个气 体状态,已知3个参数而求第4个参数例如:初始压力和体积为P1、V1,的气体,经等温膨 胀后体积变为V2,则由波义耳--马略特定律,可求得膨胀后的气体压力为P2 = P1V1/V2这正是 各种容积式真空泵最基本的抽气原理4、 道尔顿定律:相互不起化学作用的混合气体的总压力等于各种气体分压力之和P = P1 + P2+■…+ Pn (4)这里所说的混合气体中某一组分气体的分压力,是指这种气体单独存在时所能产生的压力道尔顿定律表明了个组分气体压力的相互独立和可线性叠加的性质5、 阿佛加德罗定律:等体积的任何种类气体,在同温度同压力下均有相同的分子数;或者说, 在温度同压力下,相同分子数目的不同种类气体占据相同的体积1mol任何气体的分子数目叫 做阿佛加德罗数,NA = 6.022x1023mol-i在标准状态下(po = 1.01325x105Pa,To = 0oC),1mol 任何气体的体积称为标准摩尔体积,Vo = 2.24x10-2m3mol-1根据上述气体定律,可得到反映气体状态参量p、V、T、m之间定量关系的理想气体状态方 程:pV = m/M(RT) (5)式中的M为气体的摩尔质量(kg/mol),R为普适气体常数,R=8.31J/(mol・K)。
在已知?、 V、T、m四参量中的任意三个量时,可由此式求出另外一个值例如气体的质量m = pVM/(RT)一定质量的气体,由一个状态(参量值为p1、V1、T1)经过任意一个热力学过程(不必是恒值 过程)变成另一状态(参量值为p2、V2、T2),根据状态方程,可得到关系式:p1V1/T1 = p2V2/T2 (6)对(5)变换,还可计算单位体积空间内的气体分子数目和气体质量,即气体分子数密度n(m-3) 和气体密度p (kg/m3)n = mNA/MV = pNA/RT = p/kT (7)p = m/V = pM/RT (8)系数k = R/NA = 1.38x1023J/K称为波尔兹曼常数。