高真空的获得与测量

低真空获得和测量

（定容法测抽速）

简介

1. 真空技术入门

真空：低于一个大气压的气体状态。

1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。

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。

真空量度单位：

1标准大气压=760mmHg=760(Torr)

1标准大气压=1.013x105 Pa

1Torr=133.3Pa

真空区域的划分

目前尚无统一规定，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

真空技术的应用 电子技术、航空航天技术、加速器、表面物理、微电子、材料科学、医学、化工、工农业生产、日常生活等各个领域。

2. 真空获得—真空泵

1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。

原理：当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。

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、鈦升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。

真空泵的主要参数

a)

S（抽气速率）：定义为在泵的进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内的气体体积

或表示为：

其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。

b) 极限压强 Pu (极限真空)

c) 最高工作压强 Pm

d) 工作压强范围（Pu-Pm）：泵能正常工作的压强范围

几种常用真空泵的工作压强范围

旋片机械泵 105—10-2 Pa

实 验 报 告

评分：

系 级 学号 姓名 日期

1 高真空的获得和检漏

实验目的:

学习用机械泵、扩散泵机组获得高真空，用静态升压法和氦质谱法检漏，并对比两种方法的特点.

实验原理:

1. 高真空的测量——电离真空规

具有足够能量的电子与气体分子碰撞会引起分子的电离.产生正离子和电子，电子与分子的碰撞次数正比于分子数密度n,即正比于总压强p，故产生的正离子数N＋正比于压强p.

对于一定结构的规管，当各电极电位一定时，对某种气体，在规管中电离所形成的正离子流I+正比于发射电子电流Ie和气体的压强p，即I+=KIep其中比例常数K称为电离计的灵敏度.

2.真空检漏

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.

3.静态升压法

p－t关系曲线形状,我们可以判断系统是否漏气，如图2.6.3－4听示.

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,曲线趋于水平直线.

3)直线c是一斜率为tp的直线.这说明系统只有漏气,系统的漏率为Q漏=Vtp

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.

实验报告

陈杨 PB05210097 物理二班

实验题目:高真空的获得和检漏

实验目的:

1. 本实验学习用机械泵、扩散泵机组获得高真空。

2. 用静态升压法和氦质谱法检漏，并对比两种方法的特点。

实验原理:

在真空技术中，检漏技术巳成为一项很重要的内容.从17世纪获得真空以来，这300多年可以说是真空工作者向漏气作斗争的历史.漏气是真空的大敌.由于漏气而产生的问题是十分严重的，它引起真空变差，使真空处理物质变坏、原子能放射逸出、锅炉出现事故、电工电子产品性能降低或报废、制冷设备制冷效果变差或根本不制冷……总之,检漏技术与很多领域息息相关.在半导体、电力、制冷、航空航天、原子能、真空、医疗、汽车等行业已经得到了成功的应用. .

1 高真空的测量——电离真空规

具有足够能量的电子与气体分子碰撞会引起分子的电离.产生正离子和电子，电子与分子的碰撞次数正比于分子数密度n,即正比于总压强p，故产生的正离子数N＋正比于压强p.规管的结构如图2.6.3-l所示,它主要由发射电子的热阴极（灯丝）、加速并收集电子的加速极和收集离子的收集极等三部分组成.其接线图如图2.6.3－2所示,规管中心热阴极F接零电位,为UK为热阴极加

热电压；加速极G接正电位UG（几百伏）;离子收集极接负电位UC（几十伏）,其作用是使由阴极F发射的电子,在加速电位UG的作用下,飞向G极使电子能量增加,大部分电子通过加速极G飞向圆筒型收集极C,电子轨迹如图2.6.3－3所示,在G、C之间拒斥场的作用下电子减速，在速度减到零时，电子返转飞向G，在电子飞向G、C空间时,电子又在拒斥场作用下减速,直到速度为零又返向G极，向G、C方向飞行.电子在这种返往运动中与气体分子不断发生碰撞，把能量传给气体分子，使其电离,而电子最终被加速极所收集；在G、C间产生的正离子被收集极C接收形成离子流，此离子流被外电路中的微安计测得。

对于一定结构的规管，当各电极电位一定时，对某种气体，在规管中电离所形成的正离子流I+正比于发射电子电流Ie和气体的压强p，即

实 验 报 告

PB09210089 谯志

实验题目：低真空的获得和测量；

实验目的：了解最基本得真空系统的结构，尤其是低真空系统的结构，了解低真空的获得设备——机械机械泵以及热传导真空计、U型真空计、高频火花正空测定仪的原理及使用。

实验原理：

1、真空的获得：

1)机械泵：真空获得中最常用的设备，不仅可以直接获得低真空，还常用作为获得高真空的前级泵；

2)扩散泵：靠油的蒸发->扩散->喷射->凝结重复循环来实现抽气，能有效地带走气体分子，气体分子被带往出口处再由机械泵抽走；

2、真空的测量：

1)水银U型管压力计：无需校准，可以在气压不太低时使用；

2)热偶真空计：利用在低气压下气体热导率与压强之间依赖关系，测量范围100-10-1Pa之间；

3)高频电火花真空测定仪：粗略测量玻璃真空系统的仪器，从放电辉光颜色可以粗略估计真空的气压；

3、真空系统：

最简单的系统结构只需机械泵加上测量仪器即可获得粗真空到低真空的工作氛围。

4、机械泵抽速的测定：

evpdtVdp

(ln)edpdpvVVpdtdt

实验步骤：

1、学习开动机械泵获得低真空；

2、利用U形管，热偶计测量真空度;

3、观察不同真空度时放电现象，与U形管热偶计比较，对照;

4、求得本次实验之最高真空度;

5、测量P－t关系曲线并求粗真空下的机械泵的抽速。

实验现象与实验数据 一.真空管的放电现象以及火花仪的放电颜色与气压的关系如下所示:

现象分析：

1.放电管的放电现象是由于放电管产生高压使气体电离发光而产生的。管内气体比较多时，由于气压过度，放电管放电产生的带电粒子还不足以使气体电离和激发发光，因而观察不到现象。

2.管内气压达到1×10Pa数量级时，放电辉光颜色为紫色和粉红色，是因为在此气压下氧氮受激发产生的。

3.系统内气压不同放电辉光的颜色也不同。因为气压不同，放电管放电电离激发的气体分子也不同，从而产生不同颜色的光，气压过低时，带电粒子与气体分子碰撞太少，发光微弱。