实验十 真空的获得与测量
实验目的 1.学习高真空的获得与测量方法. 2.熟悉有关设备和仪器的使用方法. 实验仪器 高真空装置,机器泵,扩散泵,复合真空计,检漏仪. 实验原理 真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用.真空技术主要包括真空的获得,测 量和检查漏气等方面的内容. 进气滤网 接被抽容器 排气孔 1.高真空的获得 获得真空用真空泵. 真空泵按工作条件的不同分 油标 排气阀门 为两类:能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵 油气分离室 (如机器泵) ,用来产生预备真空,需要在预备条件 下才能工作的真空泵称为次级泵(如扩散泵) ,次级 进汽管 弹簧 放油阀 泵用来进一步提高真空度,获得高真空. (1)机器泵 一般采用油封转片式机器泵,其 转子 滑片 结构如图 3-10-1 所示,在圆柱形气缸(定子)内 有偏心圆柱作为转子,当转子绕轴转动时,其最上部 工作室 定子 与气缸内表面紧密接触, 沿转子的直径装有两个滑动 片(简称滑片) ,其间装有弹簧,使滑动片在转子转 图 3-10-1 动时与气缸内表面紧密接触, 当转子沿箭头所指方向 转动时,就可以把被抽容器内的气体由进气管吸入而 接机器泵 经过排气孔,排气阀排出机械泵.为了减少转动摩擦 被抽容器 和防止漏气,排气阀及其下部的机械泵内部的空腔部 分用密封油密封.机械泵用的密封油是一种矿物油, 三级喷油嘴 要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当 - - 二级喷油嘴 的 粘 度 , 机 器 泵 的 极 限 真 空 度 一 般 在 10 2 ～ 10 4 mmHg,抽气速率一般为每分钟数十升到数百升. 冷水 一级喷 (2)扩散泵 一般多采用油扩散泵,其结构如图 油嘴 3-10-2 所示,扩散泵是高真空泵,当机器泵的极限 回油管 硅油 电炉 真空度不能满足要求时, 通常加扩散泵来获得高真空. 这种泵不能从通常气压下开始工作,只能在低于 1Pa 图 3-10-2 气压下才能工作.因此,必须与初级泵串联使用. 油扩散泵使用的工作液体有许多种,目前广泛使 - 用的是 274 号硅油(20℃时饱和汽压为 1.3×10 7 Pa)和 275 号硅油(20℃时饱和汽压 - 为 1.3×10 8 Pa) .
在扩散泵开始工作之前,必须先开动机器泵抽气,等达到预备真空时(约 1.3 Pa) , 便可以使用电炉对蒸发器中的硅油进行加热. 接真空系统 当硅油加热至沸腾时,便产生大量油蒸汽,蒸汽经过导管由 各级喷嘴高速喷出,此时,由于来自被抽容器的气体不断向蒸汽 8 流中扩散,便被带到下方,而油蒸汽被冷凝水套凝结,沿着管壁 A 经过回油管流回蒸发器,被带到下方的气体则由机器泵抽走. 3 使用扩散泵的时候必须注意: 1)与扩散泵配合的机械泵,它的抽气速率必须保证及时排 4 走扩散泵内部所排出的气体. 2)扩散泵工作时冷却水必须畅通,否则会使冷凝水套中的 水温过高,油蒸汽不能很好的凝结,以致部分蒸汽要冲向被抽容 mV oK R 器,影响泵的抽气速率和极限真空度. E o mA 3)加热电炉的功率大小也是影响泵的抽气速率,所以应选 图 3-10-3 择适合的电炉. 2.真空的测量 真空计是测量真空系统中气体压强的仪器,种类 B 很多,这里介绍的复合真空计是常见的一种,复合真 Ip 空计是由温差电偶真空计与热阴极电离真空计组合而 mV A mA A 成. G (1)温差电偶真空计的原理 + F F 温差电偶真空规管由玻璃制成,通过小管 8 和真 + 空系统相接,如图 3-10-3 所示,在规管内的两根引 线上装有热丝 3,另外两根引线上焊着一对温差电偶 F G F G 图 3-10-4 4,温差电偶的另一端与热丝在 A 点焊接. 由于在低压下, 气体的热传导系数与压强成正比, 所以在通过热丝的电流一定的条件下,热丝的温度随着规管内真空度的提高而升高,温 差电偶电动势也就随之而增大.因此,通过测量温差电偶电动势,就可确定出被测系统 的真空度,温差电偶真空计就是根据这个原理制成的.温差电偶真空计的电离真空计的 测量范围为:13—0.13 Pa. (2)热阴极电离真空计的原理 最简单的热阴极电离真空规管就是一只三极管,如图 3-10-4 所示,通过 B 管与 真空系统相接,使用时,在灯丝电路中通以电流,灯丝受热后便发射电子,由于栅极加 上正电压,便吸引电子使电子加速,中途与气体分子相碰,气体的密度越大,碰撞机会 越大,产生的正离子也越多.另外,由于板极电压为负,便吸引正离子在板极电路中形 成板极电流 Ip,气体分子密度越大(即压强越大) ,板极电流也越大.所以,通过测量 板极电流便可以确定气体的压强,热阴极电离真空计就是根据这个原理制成的.热阴极 - 电离真空计是测量极高真空的仪器,测量范围为 0.1—1×10 5 Pa. (3)复合真空计的使用

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