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真空的獲得與測量

日期:2021-01-14 09:44
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摘要:

用直觀的展示真空的獲得測量係統,掌握三種真空規測量不同的真空度的使用方法。了解渦輪分子泵的結構與使用。真空在日常生活中的應用。針對光線能量、壓力用演示的方法說明光壓的能量與測量。

  1、引言

  真空作為一門單獨的學科已顯得尤為重要,它與電真空工業、原子能、宇宙航行及空間科學研究、表麵物理研究、微電子學及真空冶金等有著緊密的聯係並有著廣泛的應用。真空技術的主要環節和基礎是真空的獲得、真空的測量及真空檢漏等。

  2、實驗原理與裝備

  (1) 機械泵:是用來獲得真空、改善和維持真空的裝置簡稱為真空泵。獲得低真空的獨立設備為機械泵, 獲得高真空的為分子泵,有機械泵作為前級真空下, 分子泵就能獲得高真空。兩種泵都純屬機械轉動而抽氣的金屬泵。機械泵結構簡單, 主體為圓柱形鋼筒定子空腔, 內有一轉子, 偏心安置在鋼筒定子內旋轉, 轉速為350~ 750 轉/ 分。裝在轉子溝槽內的兩個旋片依靠彈簧力和離心力保持與泵體充分接觸。定子上有一個與被抽係統相聯的進氣口和一個單向活塞閥出氣口。當轉子順時針轉動時, 由進氣口進入轉子與定子之間部分空間V1 的體積不斷擴大, 而出氣口與轉子、定子間的部分空間V2 體積不斷縮小, 前者擴大V1 將氣體抽入, 後者將氣體壓縮V2 將壓縮後的氣體排出泵外, 達到抽氣的目的。一般機械泵上標稱2X ) 8, / 20說明它是兩個串聯的雙杠, / X0 是旋片式的, / 80表示每秒8 升的抽氣體速率。

  (2) 分子泵:是利用高速旋轉的渦輪葉片, 不斷對被抽氣體分子施以定向的動量和壓縮作用, 將氣體排除, 是一種純機械的高速旋轉的真空泵。在泵內有一個圓柱形高速旋轉的轉子, 氣體分子從轉子上得到一定的動量, 使分子自進氣口朝向出氣口方向運動, 達到抽氣目的。該泵啟動平穩迅速, 它具有刹車功能, 可以得到高速旋轉的泵在短時間內很快停下來, 工作壓強範圍寬, 從101pa 到高真空10-7pa 都可以正常工作。開啟分子泵, 由冷規可以測得從低真空到高真空的數值變化過程, *終進入高真空由複合冷規測得等數據。由數字毫秒計顯示光壓旋轉儀葉片的旋轉速度。由此可以知道真空的獲得和應用地過程。

  (3) 光壓儀:針對太陽能的利用, 有太陽能熱水器、太陽能電池、太陽能發電站, 太陽能溫室、太陽能灶等, 但是對光壓力的利用還很少。眾所周知, 光是由光子組成的, 光子具有能力, 當然也有動量。光子作用在物體上, 會產生一個壓力, 稱為光壓。普通條件下, 光壓非常微弱, 測量與觀察均非常困難。直接能顯示光壓作用效果的裝置。本實驗真空光壓演示儀, 它能有效地利用普通光線的光壓, 直接推動內部的旋轉體旋轉, 光線的強弱驅動旋轉速度不同。國內未曾出現過結構簡單、價格低廉的此類型設備。( 光壓儀於2003 年4 月已獲得磚利, 磚利號; ZL 022 36896. 5)

  (3) 真空係統:此設備是玻璃係統匡架結構, 可作的內容有真空的獲得、真空檢漏、熱偶規真空測量低真空, 改變被抽體積V1V2, 可以得到不同的抽速。電離規測量高真空, 複合規連續測量。霓虹燈在低真空下演示用, 光壓儀在高真空下演示, 形色雙全。直觀性強, 對真空係統一目了然, 由低真空1pa- 10-6pa 到高真空抽速快、功能多, 不但可以做高低真空的獲得, 還可以做真空的應用, 分子泵上的k1、k 2、k 5 按順序接通, 用熱偶規測量低真空度, 分別打開k6、k 7 記錄兩個不同容積的抽速, 用高頻火花檢漏儀激發玻璃係統中氣體放電, 從放電顏色可粗略地判斷真空係統的氣壓, 找到漏點並排除。獲得機械泵的初極真空度。在實驗中可以獲得機械泵的初極真空由熱偶規測得, 改變容積的大小V1V2, 可根據時間的變化, SP =dv/dt若所有進入泵口的氣體分子都被排除或吸收, 則理論抽氣速率為: S 理C/NA C( 為通過單位麵積的氣體分子入射率, n 為氣體密度,A 為泵口截麵積。對於真空泵, 其實際的*佳抽速( 標稱抽速) 為: S標= S理H 式中: H為何氏係數, 取決於泵的工作原理和結構設計, 其數值小於1。極限壓強Pu, 此時實際抽速已降為零, 可推出實際抽氣速率為: S實= S際(1-Pu/P)在工作壓強P> P 時, S實U S際; P UPU 時, S實U0。因各種氣體分子有不同的分子量. 平均運動速率. 電離幾率和化學活性等物化特性, 將產生不同的抽氣效果。設被抽容器體積為V1V2, 抽速為SP 算出機械泵的抽速。開啟霓虹燈, 根據霓虹燈的光亮和顏色, 可以分析惰性氣體的含量, 測得機械泵極限值。開啟分子泵進入高真空, 由k1 三通轉換到分子泵, k8、k7、k6、k5 都關閉, 在30 分鍾內可以達到分子泵的極限真空度2×10- 6Pa, 這時分子泵隻抽光壓儀, 用光電效應, 數字毫秒計記數, 就可以算出每燭光與每瓦特的差別。測量光壓儀在一定光亮中的轉動速度。