真空的获得与测量

真空摘要：真空技术真空技术是建立低于大气压力的物理环境，以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。

真空技术主要包括真空获得、真空测量、真空检漏和真空应用四个方面。

在真空技术发展中，这四个方面的技术是相互促进的。

真空技术是近代物理学的基础技术之一。

开设本实验的目的是了解真空技术的基本知识，掌握高真空的获得和测量的基本原理和方法，为将来科学技术的研究或创造性地解决生产实际中的问题，进行必要的基本功训练。

关键词：真空度理想抽速机械泵油扩散泵发展史：远在1643年，意大利物理学家托里拆利发现，真空和自然空间有大气和大气压力存在。

他将一根一端封闭的长玻璃管灌满汞，并倒立于汞槽中时，发现管中汞面下降，直至与管外的汞面相差76厘米时为止。

托里拆利认为，玻璃管汞面上的空间是真空，76厘米高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。

1650年，德国的盖利克制成活塞真空泵。

1654年，他在马德堡进行了著名的马德堡半球试验：用真空泵将两个合在一起的、直径为14英寸(35.5厘米)的铜半球抽成真空，然后用两组各八匹马以相反方向拉拽铜球，始终未能将两半球分开。

这个著名的试验又一次证明，空间有大气存在，且大气有巨大的压力。

为了纪念托里拆利在科学上的重大发现和贡献，以往习用的真空压力单位就是用他的名字命名的。

19世纪中后期，英国工业革命的成功，促进了生产力和科学实验发展，同时也推动了真空技术的发展。

1850年和1865年，先后发明了汞柱真空泵和汞滴真空泵，从而研制成了白炽灯泡(1879)、阴极射线管(1879)、杜瓦瓶(1893)和压缩式真空计(1874)。

压缩式真空计的应用首次使低压力的测量成为可能。

20世纪初，真空电子管出现，促使真空技术向高真空发展。

1935～1937年发明了气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。

这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常用。

1940年以后，真空应用扩大到核研究(回旋加速器和同位素分离等)、真空冶金、真空镀膜和冷冻干燥等方面，真空技术开始成为一个独立的学科。

7-1 真空的获得与测量实验引言真空技术已成为先进的科学技术之一，被广泛应用于工业生产、科学研究的各个领域。

它与电子管真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学等有着紧密地联系。

真空技术的主要环节和基础是真空的获得，真空的测量及真空检漏等，通过本实验我们将对这些实验的方法和手段进行初步的学习和了解。

实验预习1． 学习旋片式机械真空泵、油扩散泵的工作原理；2． 了解真空的获得与测量实验系统及实验注意事项。

实验目的1．通过低真空的获得，学习使用旋片式机械真空泵和测量低真空的热偶计。

掌握测量容器的体积比。

2．通过高真空的获得，学习使用油扩散真空泵和测量高真空的电离真空计。

3．了解玻璃管和金属在高真空中的放气现象和去气方法。

4．通过制作放电管，掌握对放电管充气方法，观察放电管放电现象，并计算最佳放电时放电管内的气压差。

4．测量氦（或氖）放电管光谱，并进行光谱分析（选做）。

实验装置一、真空系统该实验装置由被抽真空的容器，旋片式机械真空泵和油扩散真空泵，测量真空度的热电偶真空计、电离真空计，不锈波纹钢管道和真空阀门所连成的一个整体系统称为真空系统。

系统结构如图7-1-1所示。

TG 1、TG 2——热偶真空规管， IG ——电离真空规管；A 、B 、C ——真空容器；1V ——油扩散泵蝶阀，2V 、3V 、4V 、6V 、8V 、9V 、10V 、11V ——角阀，5V ——针形阀， 7V ——电磁真空压差阀，12V ——三通阀，13V 、14V ——两级压力调节器；H ——加热炉，C T ——加热炉温度计扩散泵 机械泵差压传感器I 差压传感器II加热炉充气瓶放电管 充气连接管通大气图7-1-1 真空获得与测量实验系统结构图1．低真空系统。

该部分实验利用理想气体波义耳定律测量容器A 和容器B 的容积比。

低真空通过旋片机械泵获取，连接在机械泵上的电磁阀在接通电源时将抽气口与被抽系统接通，停泵时，割断泵与被抽系统的连接，而与大气相通，防止机械泵返油。

真空获得与测量实验报告真空获得与测量实验报告引言：真空技术在科学研究、工业生产和医学诊断等领域具有重要的应用价值。

为了获得高质量的真空环境，科学家们进行了一系列的实验研究。

本实验旨在探究真空获得的方法和真空度的测量。

一、真空获得的方法1.机械泵机械泵是最常用的真空获得装置之一。

它通过机械运动将气体从容器中抽出，从而降低压力。

机械泵适用于中低真空范围，操作简便，但不能获得高真空。

2.扩散泵扩散泵是一种能够获得高真空的装置。

它通过将气体分子扩散到高速运动的喷嘴上，再通过冷凝或吸附的方式将气体排出。

扩散泵在高真空实验中具有广泛应用，但需要较长的预抽时间。

3.离心泵离心泵是一种利用离心力将气体从容器中排出的装置。

它适用于高真空获得，具有较高的抽速和较短的预抽时间。

离心泵广泛应用于科学研究和工业生产领域。

二、真空度的测量1.毛细流量法毛细流量法是一种常用的真空度测量方法。

它利用毛细管中气体流动的特性来测量真空度。

通过测量气体经过毛细管的流量和压差，可以计算出真空度的大小。

2.热导法热导法是一种基于热传导原理的真空度测量方法。

它利用热传导的速率与气体压力之间的关系来测量真空度。

通过在真空容器中加热一个导热体，测量导热体的温升和导热速率，可以计算出真空度的数值。

3.离子化法离子化法是一种基于气体分子电离的真空度测量方法。

它利用电离电流与气体压力之间的关系来测量真空度。

通过在真空容器中加入一个电离器，测量电离电流的大小，可以计算出真空度的大小。

结论：通过本次实验，我们了解了真空获得的方法和真空度的测量方法。

机械泵、扩散泵和离心泵是常用的真空获得装置，分别适用于不同的真空范围。

毛细流量法、热导法和离子化法是常用的真空度测量方法，各有优缺点。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的真空获得装置和真空度测量方法，以获得高质量的真空环境。

参考文献：[1] 朱玉涛, 梁军. 真空技术与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2011.[2] 陈伟, 张磊. 真空技术实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2019.[3] 李明, 王丽. 真空度测量方法的比较与分析[J]. 仪器仪表学报, 2018, 39(4): 1-8.。

真空获得与测量一、实验目的1．掌握高真空的获得和测量的基本原理及方法；2．了解真空玻璃系统的结构；熟悉真空泵、真空计的原理二、实验仪器DH2010型多功能真空实验仪三、实验原理一、真空的获得真空的获得是由真空泵来完成的。

一般真空实验室经常使用的是机械泵和扩散泵，用于超高真空的是钛升华泵和低温泵。

真空泵的基本原理：当泵工作后，形成压差，p1 > p2，实现了抽气。

真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气型两大类．排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压缩到排气口，而将气体排出泵体之外，如机械泵、扩散泵和分子泵等．吸气型真空泵则是在封闭的真空系统中，利用各种表面（吸气剂）吸气的办法将被抽空间的气体分子长期吸着在吸气剂表面上，使被抽容器保持真空，如吸附泵、离子泵和低温泵等．真空泵的主要性能可有下列指标衡量：（1）极限真空度：无负载（无被抽容器）时泵入口处可达到的最低压强（最高真空度）（2）抽气速率：在一定的温度与压力下，单位时间内泵从被抽容器抽出气体的体积，单位（升/秒）（3）启动压强：泵能够开始正常工作的最高压强．1、机械泵机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空的泵。

机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵。

旋片式机械泵的结构如右图，它由一个定子、一个偏心转子、旋片、弹簧组成。

定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气管和出气阀门，转子顶端保持与空腔壁相接触，转子上开有槽，槽内安放了由弹簧连接的两个刮板．当转子旋转时，两刮板的顶端始终沿着空腔的内壁滑动．为了保证机械泵的良好密封和润滑，排气阀浸在密封油里以防止大气流入泵中。

油通过泵体上的缝隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有的运动表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔之间的密封。

同时，油还充满了泵腔内的一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。

工作时，转子沿着箭头所示方向旋转时，进气口方面容积逐渐扩大而吸入气体，同时逐渐缩小排气口方面容积将已吸入气体压缩从排气口排出。

真空获得与测量实验一、实验目的本实验的目的是利用真空获得与测量系统研究高真空的获得过程及该系统真空度随时间的变化率。

二、 实验仪器真空室、机械泵、分子泵、分子泵控制电源、热偶规、电离规、冷水机。

三、实验原理3.1 真空的基本知识1)真空及其单位所谓真空是指低于一个大气压的气体空间。

同正常的大气相比，是比较稀薄的气体状态。

当气体处于平衡时，可得到描述气体性质的气体状态方程，即 nkT p = （3-1） 或RT Mm pV =（3-2） 式中，p 为压强(Pa)；n 是气体分子密度(个／m 3)，V 为体积(m 3)；M 为气体分子量(kg/mol)；m 是气体质量(kg)；T 是绝对温度(K)；k 是玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)；R 为气体普适常数(8.314J ／mol ．K)，也可用R ＝N A ．k 来表示，N A 是阿伏伽德罗常数(6.023×1023个／mol)。

于是，由式(3—1)可得Tp n 22102.7⨯= (3-3) 由式(3—3)可知，在标准状态下．任何气体分子的密度约为3×1019个／cm 3。

即使在p=1.3×10-11Pa 这样很高的真空度时，T=293K ，则n ＝4×103个／cm 3。

因此，所谓真空是相对的，绝对的真空是不存在的。

通常所说的真空是—种“相对真空”。

在真空技术中对于真空度的高低，可以用多个参量来度量，最常用的有“真空度”和“压强”。

此外，也可用气体分子密度、气体分子的平均自由程、形成一个分子层所需的时间等来表示。

“真空度”和“压强”是两个概念，不能混淆．压强越低意味着单位体积中气体分子数愈少，真空度愈高，反之真空度越低则压强就越高。

由于真空度与压强有关，所以真空的度量单位是用压强来表示。

在真空技术中，压强所采用的法定计量单位是帕斯卡(Pascal)，系千克米秒制单位，简称帕(Pa)，是目前国际上推荐使用的国际单位制( SI)。

真空的获得与测量【真空技术简介】真空技术在工业生产，科学研究各个领域有着广泛的应用。

其中一个重要的方面就是电真空工业。

电真空器件，即内部为“真空”环境的电子器件(各种电子管、放大管、显象管等)，因工作原理基于利用电，磁场来控制电子流在空间的运动，以达到放大，振荡，显示图象等目的，如器件内达不到必要的真空度，电子流与气体的碰撞必然使电子流运动规律受到影响，另外电真空器件内的热阴极，光电阴极等都是化学性活泼的表面，极易受到气体的“毒化”而失败。

可见，电真空工业是离不开真空技术的。

在尖端科学飞跃发展的近几十年来，在原子能、半导体、计算机基本粒子研究，空间科学、微电子学，表面物理，真空冶金等方面，真空技术不仅做为基本工艺，基本设备起了关键性的作用，而且常涉及到一系列真空物理现象的研究，因此，现代科学技术尖端的迅速发展已促使真空技术发展成为一门具有理论与技术特点的独立的新兴科学，其基本内容有真空物理(包括稀薄气体物理及表面物理)真空获得，真空测量、检漏、真空系统设计，计算等。

1．真空的基本概念压强小于一个大气压的气态空间通常叫“真空”，在真空技术中，气体的稀薄程度叫真空度。

它常用压强的大小来表示，压强越小，真空度越高，反之，压强越大，真空度越低。

真空度的高低用压强的单位“帕”来量度。

1标准大气压=1．01×105帕为了讨论和应用的方便，真空度分为几个区域：粗真空：压强在1．01×105帕-103帕低真空：压强在103帕-10-1帕高真空：压强在10-1帕-10-6帕超高真空：压强在10-6帕-10-8帕极高直倥：压强在10-8帕以下这样划分的根据是压强在1000帕以上的空气、性质与常压下相似；1000帕左右放电现象开始显现；10-1帕是一般机械泵可达到的真空度，10-6帕是扩散泵可达到的极限真空度；10-6帕以下的超高真空靠分子泵，溅射离子泵，，冷凝泵等达到。

绝对的“真空”即完全没有任何物质的空间是达不到的，所谓“真空”内仍然存在眷大量气体分子，只是比大气中少得多而己，现在能获得最低压强比一标准大气压低十九个数量级。

真空的获得与测量用直观的展示真空的获得与测量系统，掌握三种真空规测量不同的真空度的使用方法。

了解涡轮分子泵的结构与使用。

真空在日常生活中的应用。

针对光线能量、压力用演示的方法说明光压的能量与测量。

1、引言真空作为一门单独的学科已显得尤为重要，它与电真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学及真空冶金等有着紧密的联系并有着广泛的应用。

真空技术的主要环节和基础是真空的获得、真空的测量及真空检漏等。

2、实验原理与装备(1) 机械泵：是用来获得真空、改善和维持真空的装置简称为真空泵。

获得低真空的独立设备为机械泵, 获得高真空的为分子泵，有机械泵作为前级真空下, 分子泵就能获得高真空。

两种泵都纯属机械转动而抽气的金属泵。

机械泵结构简单, 主体为圆柱形钢筒定子空腔, 内有一转子, 偏心安置在钢筒定子内旋转, 转速为350~ 750 转/ 分。

装在转子沟槽内的两个旋片依靠弹簧力和离心力保持与泵体充分接触。

定子上有一个与被抽系统相联的进气口和一个单向活塞阀出气口。

当转子顺时针转动时, 由进气口进入转子与定子之间部分空间V1 的体积不断扩大, 而出气口与转子、定子间的部分空间V2 体积不断缩小, 前者扩大V1 将气体抽入, 后者将气体压缩V2 将压缩后的气体排出泵外, 达到抽气的目的。

一般机械泵上标称2X ) 8, / 20说明它是两个串联的双杠, / X0 是旋片式的, / 80表示每秒8 升的抽气体速率。

(2) 分子泵：是利用高速旋转的涡轮叶片, 不断对被抽气体分子施以定向的动量和压缩作用, 将气体排除, 是一种纯机械的高速旋转的真空泵。

在泵内有一个圆柱形高速旋转的转子, 气体分子从转子上得到一定的动量, 使分子自进气口朝向出气口方向运动, 达到抽气目的。

该泵启动平稳迅速, 它具有刹车功能, 可以得到高速旋转的泵在短时间内很快停下来, 工作压强范围宽, 从101pa 到高真空10-7pa 都可以正常工作。

真空的获得和测量一、 实验目的1．了解基本的真空系统的结构2．了解低真空的获得设备－机械泵的原理及使用3．了解热传导真空计、U型真空计、高频火花真空测定仪的原理及使用二、 实验原理真空系统是指压强小于1个大气压的系统。

1．真空的获得（1） 机械泵课件中有详细的介绍，该部分内容要求学生自学。

（2） 扩散泵（本次实验中并未使用，给学生简单介绍）扩散泵是靠油的蒸发－喷射－凝结重复循环来实现抽气的，由于射流具有高流速（约200m/s），高的蒸汽密度，且扩散泵油分子量大（300～500），故能有效的带走气体分子。

气体分子被带往出口处再由机械泵抽走。

2．真空的测量测量真空的仪器种类很多，本实验选用U型压力计、热偶真空计和高频电火花真空测定仪。

（1） 水银U型压力计构造简单，无需校准，可以在气压不太低时使用。

一般压力计一端封闭，另一端接入真空系统，封闭断为真空，这样压力计可直接指示总压力，两边水银柱的高度差即为总压力。

对于精密工作则需进行温度修正。

对于压力较低（低于103Pa）的测量，油压力计比水银压力计更精确，因为油的密度低得多，绝对压力由下式给出P=ρ油gh式中h是油压力计的读数。

（2） 热偶真空规的原理是利用在低气压下气体的热导率与压强之间的依赖关系。

在玻璃管中封入加热丝及两根不同金属丝制成一对热电偶。

当加热丝通以恒定的电流时，热丝的温度一定，当气体压强降低时，O点温度升高，则热电偶两端的热电动势增大，由外接毫伏计读出电压升高，压强与热电动势并非线性关系。

热偶真空计的测量范围大约在100～10-1Pa之间，它不能测量再低的压强，这是因为当压强更低时，热丝的温度较高，此时气体分子热传导带走的热量很小，而由热丝引线本身产生的热传导和热辐射这两部分不再与压强有关，因此就达到了测量下限。

（3） 高频电火花真空测定仪（捡漏仪）是一种粗略测量玻璃真空系统的仪器，接通电源后，调节放电火花间隙，当产生击穿放电时，将高频放电探头在被抽容器处不停的移动。