高真空度的获得与测量

高真空度的获得与测量一、实验目的•1.掌握一种高真空的获得与测量方法。•2.了解高真空系统的结构及各部件的作用。•3.熟悉火花检漏器的使用及对真空度的估计方法。二、实验原理压强在0.1~0.00001Pa内的系统称高真空系统。一般的高真空系统由被抽容器、油封旋片式机械真空泵、油扩散泵、真空阀门和连通管道串联组成。以电阻真空计，电离真空计和火花检漏器组成测量仪器。下面对抽气系统和实验测量仪器作简要介绍1.抽气系统本实验由油封旋片式机械泵和油扩散泵组成机械泵——油扩散泵系统以获得高真空。①油封旋片式机械真空泵•极限压强一般为0.1帕，主要用来获得低真空，为油扩散泵提供一个前置真空。•工作原理：利用机械的方法，使转子在腔体内转动，周期性地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器中的气体不断膨胀从而被抽走的。•常见故障：油被有机蒸汽或水汽严重沾污，机械转动部件的磨损，转动轴漏油，密封油逐渐减少等，会使极限真空降低。②油扩散泵•主要用来获得高真空，它是本系统的主泵。油扩散泵工作时要求一定的前置真空一般为0.1帕量级，本实验由机械泵提供，其次是要有适当的加热温度，以保证足够的工作蒸汽密度和流速，否则将不能有效地抽气。但是，也不能太高，加热太高会引起油的分裂，影响极限真空度及抽速。•常见故障：油的质量不高，油长期使用被沾污，冷却水流量太小，加热电炉断路等。2.实验测量仪器本实验用测量仪器有：火花检漏器，电阻真空计和电离真空计。火花检漏器和电阻真空计用于测量低真空（极限压强在0.1帕以上）电离真空计用于测量高真空。下面对测量仪器作分别介绍①火花检漏器•是一种在玻璃系统中初级的广泛应用的估计真空度的简单方便的工具，火花检漏器是一种小功率的高频火花振荡器。当其接通电源后，将在输出电极附近形成强烈的高频电场，在空气中产生火花放电。•当此电极移近玻动真空系统时，将引起真空系统内的残余气体产生高频放电。可以根据以上的放电颜色和形状，粗略地估计真空系统中真空度的数量级。放电的颜色和形状以及压强的关系•P（压强、量级）放电颜色•大气压无色•104~103帕紫色线状•103~102帕紫红色线状•102~102帕深红色分散•10~1帕粉红色分散•1~帕淡兰色分散•0.1帕极淡兰色分散•≤0.02帕颜色消失玻壁上有萤光•注意事项：①火花不要长期停留于玻璃壁的某一点，特别是在那些烧接的地方，以免打穿玻璃壁；②不要用手触及其电极，以免烧伤；③不要将火花靠近易燃物品；④不得连续放电5秒以上，间歇时间不得少于5秒钟，连续使用不得超过10分在发热时应停止工作。②电阻真空计•工作原理：在低压强时，电阻规利用气体分子的热传导，在高压强时利用气体分子的对流传导特性，使得电阻规的电阻随所测系统的压强变化而变化。电阻与压强的变化是一种非线性关系，再经微机处理A/D转换，非线性运算，最后送显示器显示。注意事项：①零点校准：当真空度高于帕时（可由电离规监测）调节“ZERO”零点电位器，使其显示1.0E—1②满度校准：大气状态时，调整“F·S”满度电位器，使其显示1.0E5③电阻规故障判断③电离真空计•工作原理：当电离规管灯丝加热发射电子，电子经加速后与气体分子碰撞而使气体电离，正离子被收集极吸收，离子流与压强的关系为Ii=KPIe•式中：K—规管灵敏度Ii—离子电流Ie—电子电流P—压强注意事项：系统真空度高于1帕，电离计自动进入工作状态，并显示真空度①发射电流检测：按下“电离”按钮，此时显示发射值真空度低于0.1帕，发射电流为100µA真空度高于0.1帕，发射电流为1mA②规管去气：当真空度高于0.1帕时，可对规管去气，按下“去气”按钮，规管开始去气，并显示去气时间。若需中止去气，则按下“电离”按钮，此时重新进入测量状态。三、实验系统及使用方法•本实验是在一个多用实验系统上进行，系统的结构示意图如图所示，扩散泵——机械泵组用来获得高真空。M1和M2分别为电阻真空规管和电离真空规管，用来进行真空测量。凡尔（Valve）V1作为扩散泵与机械泵的接通或分离用，V5是用来对系统放气，V2通向粗管导，U1为被抽容器。V3~V7在本实验中不用。•实验系统为全玻璃系统，实验过程中必须注意不能碰撞系统，转动各个凡尔时要转而慢、防止炸裂。多用真空系统示意图四、实验步骤1.详细观察真空系统的结构，了解每一部件的作用及气流的通路；2.接通水源、关闭凡尔V2，将V5打通，放大气入系统后关闭V5，将V2转向与粗导连通，打开真空计电源，然后将V1旋向扩散泉方向，启动机械泵将系统由大气开始抽气，在抽气过程中，不时利用火花检漏器激起放电，观察放电颜色和形状以及与之对应的真空计所测压强的关系；3.系统达到扩散泵所需前置真空后，即可开始加热油扩散泵；4.当观察到油扩散泵油开始沸腾，仪器自动，打开电离真空计部分的电源，用电离真空计测量系统的真空度；当系统真空度高于0.01帕后，对规管进行除气。5.去气完毕后，实验即告结束，结束的步骤与启动时的相反，即首先关闭真空计电源，关闭V2，停止扩散泵加热，当油扩散泵油冷却后，关闭低真空部分凡尔V1，停止机械泵工作，最后关掉冷却水。五、实验报告的基本内容1.实验名称、目的和任务；2.绘出与本实验有关的真空系统部分；3.实验中机械泵、扩散泵所达到的极限压强各为多少；4.写出实验中观察到的火花检漏器激起的各种放电颜色和形状，以及与之对应的热的热偶真空计所测得的压强；5.思考题①实验中所用的油扩散泵有几级？为什么要那么多级？②为了在被检容器内获得低真空和高真空分别需要哪些基本元件？③扩散泵在加热过程中，真空度有无变化？为什么？