玻璃真空系统及其测量与检漏.docx

玻璃真空系统及其测量与检漏 时间:2023-01-01 来源:兰州大学物理科学与技术学院 编辑:宋长安 为不生疏工程实际的理科学生设计制造了玻璃制集中泵真空系统实物模型, 使其直观地了解真空获得、测量和检漏的工作原理。简述其构造及由此模型可具体理解的内容。 1、玻璃真空系统 获得真空用真空泵。真空泵按工作条件的不同分为两类: 能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵( 如机械泵) , 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( 玻璃集中泵) , 次级泵用来进一步提高真空度, 获得高真空。 真空分段: ① 粗真空 760 ～10 Pa;② 低真空 10 ～10-2 Pa; ③ 中真空10-2 ～10-4Pa; ④ 高真空 10-4～10-7 Pa;⑤超高真空 10-12～10-14 Pa;玻璃集中泵其构造图 1 所示, 集中泵是高真空泵, 当机械泵的极限真空度不能满足要求时, 通常加集中泵来获得高真空。这种泵不能从通常气压下开头工作,只能在低于1Pa 气压下才能工作。因此, 必需与初级泵串联使用。 集中泵的液体油有多种, 目前广泛使用的是 3 号集中泵油( 20℃时饱和汽压为 1.3×10-6Pa)沸点 375℃和 275 号硅油( 20℃时饱和汽压为 1.3×10-8 Pa) 沸点 430℃。 集中泵开头工作之前, 必需先开动机械泵抽气, 到达预备真空时( 约 1.3 Pa) , 便可以使用电炉对集中泵蒸发器中的油进展加热, 约 25～35 min 的时间, 便可观看到, 集中泵油开头沸腾, 油蒸汽开头顺向每一级喷口定向喷发, 形成射流。当硅油加热至沸腾时 430℃, 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流中集中,( 便称集中泵) 便被带到下方伞形帽喷发的射流, 这股射流的压强大于上一级射流, 气体分子进入下一级射流, 这一级压强又大于上一级射流, 而油蒸汽被冷凝水套分散, 沿着管壁经过回油管流回蒸发器, 被带到下方的气体则由机械泵以每秒 4 升的速率抽走, 20 min 后可到达集中泵的极限真空度。这些工作状态, 只有透过玻璃很简洁观看到,集中、喷发和冷凝的过程, 这也是集中泵名称的由来, 这些工作状态金属集中泵是无法观看到的。使用集中泵时必需留意: ① 与集中泵协作的机械泵, 它的抽气速率必需保证准时排走集中泵内部所排出的气体。 ② 集中泵工作时冷却水必需畅通, 否则会使冷凝水套中的水温过高, 油蒸汽不能很好的分散, 以致局部蒸汽要冲向被抽容器, 影响泵的抽气速率和极限真空度。 ③ 加热电炉的功率大小也是影响泵的抽气速率, 所以应选择适合的电炉。 图 1 集中泵 图 2 热偶真空计 2、真空系统测量 真空计是测量真空系统中气体压强的仪器,种类很多, 这里介绍的复合真空计是常见的一种, 复合真空计是由温差电偶真空计与热阴极电离真空计组合而成。 、温差电偶真空计的原理 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 2 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 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( 90～150 mA) 肯定的条件下, 热丝的温度随着规管内真空度的提高而上升, 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依据这个原理制成的。温差电偶真空计的电离真空计的测量范围 1～5×10-2Pa。 、热阴极电离真空计的原理 电离真空规管就是一只三极管, 如图 3 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 5 mA, 灯丝受热后便放射电子, 由于栅极为正电压, 使电子加速, 中途与气体分子相碰, 气体的密度越大, 碰撞时机越大, 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, 反之就小。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依据这个原理制成的。热阴极电离真空计是测量极高真空的仪器,测量范围为1×10-2～1×10-5 Pa。留意: 一旦测量完结, 马上关闭电离真空规管灯丝, 这样可延长规管使用寿命。 图 3 电离真空计 图 4 复合计真空计 玻璃真空系统及其测量与检漏 时间:2023-01-01 来源:兰州大学物理科学与技术学院 编辑:宋长安 为不生疏工程实际的理科学生设计制造了玻璃制集中泵真空系统实物模型, 使其直观地了解真空获得、测量和检漏的工作原理。简述其构造及由此模型可具体理解的内容。 1、