真空测量与检漏
真空测量与检漏
主讲人：刘玉岱东北大学
真空测量与检漏东北大学首期《真空技术》培训班系列教程之三
真空测量与检漏
1 真空测量概述
2 全压力测量
3 分压力测量
4 真空计校准I 真空测量
II 检漏5 检漏概述6 检漏方法
7 检漏仪
真空测量与检漏
I 真空测量
1 真空测量概述1.1 什么是真空测量1.
2 真空度的表征及单位1.
3 真空计分类1.
4 真空计测量范围1.
5 真空测量特点
1.6 选择真空计原则
真空测量与检漏
1.1 什么是真空测量
真空测量就是真空度的测量，而真空度是指低于大气压力的气体稀薄程度。真空度是用压力来表示的。真空测量包括全压力测量、分压力测量和真空计校准。真空计是指探测低压空间稀薄气体压力所用的仪器。大气压力为101325Pa 。直接测量压力是比较少的。测量真空度的办法通常是在气体中造成一定的物理现象，然后测量这个过程中与气体压力有关的某些物理量，再设法间接确定出真实压力来。被测量气体多为混合气体，上述压力测量是指混合气
体全压力测量，等于其各组成成分的分压力之和。真空测量与检漏
现代分压力真空计都属于电离类。有时只需知晓被测系统残余气体成分和相对含量，并不要求测出分压力值，所用仪器为残余气体分析仪。正确的压力测量必须用标准真空计或能产生已知低压的校准装置对真空计进行校准。真空计量器具分三类：计量基准器具、计量标准器具和工作计量器具。前两类用于复现和传递真空度量值，
统一全国真空度量值；后一类是在现场应用。真空测量与检漏
1.2 真空度的表征及单位
一般用压力来表示真空度。
根据真空度定义，真空度最好用分子密度n 表示，而以压力表示真空度与此并不矛盾。气体处于平衡态并满足麦克斯威速度分布定律，即p ＝nkT 成立。当温度T 一定时，所以气体压力p 正比于分子密度n ，也就是说，压力是分子密度的量度。
还可以用如下参数表示真空度：
粒子密度n 、分子平均自由程λ、碰撞次数z 、覆盖时间τ。
单位：1Pa ＝1Nm -2
真空度百分数：
当压力p >102 Pa 时，δ＝（p 0－p ）/p 0×100％
式中p 0——标准大气压力，Pa
。真空测量与检漏
1.3 真空计分类
按刻度方法分类：
绝对真空计：直接读取气体压力，其压力响应（刻
度）可通过自身几何尺寸计算出来或
由测力确定。与气体种类无关。
相对真空计：由一些与气体压力有函数关系的量来
确定压力，不能通过简单的计算进行
刻度，必须进行校准才能刻度。一般
由作为传感器的真空计规管（或规头）
和用于控制、指示的测量器组成。读
数与气体种类有关。真空测量与检漏
按真空计测量原理分类：
静态液位真空计
直接测量真空计
弹性元件真空计
压缩式真空计热传导真空计热辐射真空计间接测量真空计电离真空计放电管指示器粘滞真空计场致显微仪
分压力真空计真空测量与检漏
1.4 真空计测量范围
近代真空技术所涉及到的压力范围宽达19个数量级（105～10-14Pa）。
一些真空计的压力测量范围
真
空
测
量
与
检
漏
1.5 真空测量特点
?测量压力范围宽，105～10－14Pa 。
?大部分真空计是间接测量。
?多采用非电量电测技术。
?读数与气体种类和成分有关。?
测量精度不高。真空测量与检漏
1.6 选择真空计原则
?精度。
?真空计和被测气体相互影响。
?能测全压力吗？?连续指示、电气指示、反应时间。?稳定性、复现性、可靠性和寿命。?
安装、操作、保修、管理。真空测量与检漏
2 全压力测量2.1 U 型管真空计2.2 弹性元件真空计2.
3 压缩式真空计2.4
热传导真空计2.5 热阴极电离真空计
2.6 冷阴极电离真空计
2.7 电容式薄膜真空计
2.8 放射性电离真空计
2.9 磁悬浮转子真空计真空测量与检漏
2.1 U 型管真空计
测量范围为105～10Pa ，绝对真空计
A.开式U 型管真空计
p = p 0－ρgh 式中p ——待测压力p 0 ——环境大气压力h ——两液面高度差ρ——工作液密度g ——
重力加速度真空测量与检漏
B.闭式U 型管真空计
p = ρgh
式中p ——待测压力
h ——两液面高度差ρ——工作液密度g ——
重力加速度真空测量与检漏
2.2 弹性元件真空计
利用弹性元件在压差作用下产生弹性变形的原理制成，一般用于粗真空（102～105Pa ）的测量。
弹性元件真空表结构示意图真空测量与检漏
弹性元件真空表的特点
?测量结果是全压力。
?测量过程中，仪表的吸气和放气很小。?测量精度较高。?反应速度较快。?结构牢固。?是绝对真空计，0.5级以上的表可作为标准
表。真空测量与检漏
2.3 压缩式真空计
U 型管真空计的重大改进，依据
理想气体的波义耳定律
p ＝πd 2ρgh 1（h 1－h 2）/(4V )
式中d 为测量毛细管的内径。V 和d 为
真空计的已知数据，则：
p ＝Kh 1（h 1－h 2）K ＝πd 2ρg /(4V ) = 1.05×105 · d 2/V 式中p ——待测压力，Pa h 1、h 2——液面差，m K ——真空计常数，Pam －2V ——玻璃泡和测量毛细管总容
积，m
3真空测量与检漏
三种刻度方法
?无定标刻度法
?平方刻度法
h 2＝0 则p ＝Kh 2?直线刻度法h 1＝常数则p ＝K·h 1h ＝K line h 式中K line 为直线刻度真空计常数，Pam －
1真空测量与检漏
压缩真空计的特点
?刻度与气体种类无关（对永久气体）。?测量范围较宽、精度较高：工作计为102～10-3Pa ，一般相对误差在10×10-2。?不能连续测量。?
水银蒸气对人体有害。真空测量与检漏
2.4 热传导真空计
根据低压力下（λ>>d），气体分子热传导与压力有关的原理制成。
规管中的热丝热量散失
Q=Q L+Q r＋Q g
令K
1
=Q L+Q r
K2p＝Q g
有Q＝K
1
+K2p
当K
1< Q L+Q r< 有关，热丝温度T 1是压力p的 函数，即T 1＝f（p ）。 真空测量与检漏 真空检漏1 一、概述1．概漏的基本概念真空检漏就是检测真空系统的漏气部位及其大小的过程。漏气也叫实漏，是气体通过系统上的漏孔或间隙从高压侧流到低压侧的现象。虚漏，是相对实漏而言的一种物理现象。这种现象是由于材料放气、解吸、凝结气体的再蒸发、气体通过器壁的渗透及系统内死空间中气体的流出等原因引起真空系统中气体压力升高的现象。气密性是表征真空系统器壁防止气体渗透的性能，它包括通过漏孔(或间隙)的漏气和材质的渗气。最小可检漏率是指某种检漏方法能够检测出的漏率的最小值。最佳灵敏度是指检漏仪器或检漏方法在最佳条件下所能检测出的最小漏率。对于检漏仪器来讲，最佳灵敏度又称作仪器灵敏度。检漏灵敏度是指在具体条件下，某种检漏方法所能检测出的最小漏率。检漏灵敏度又称作有效灵敏度。反应时间，即从检漏方法开始实施(如开始喷吹示漏气体)到指示方法(如仪表)做出反应的时间。消除时间，即从检漏方法停止(如停止喷吹且开始抽出示漏气体)到指示方法的指示消失的时间。漏率，即单位时间内流过漏孔(包括间隙)的气体量。2．漏孔、漏率及其单位真空技术中所指的漏孔，由于尺寸微小、形状复杂、形式多样(如图1所示)，无法用几何尺寸表示其大小。所以一般用等效流导或漏气速率(简称为漏率)表示漏孔的大小。用漏率表示漏孔大小时，如果不加特殊说明，则是指在漏孔入口压力为×105Pa，出口压力低于×103Pa，温度为296士3K的标准条件下，单位时间内流过漏孔的露点温度低于248K的空气的气体量。漏率的单位是帕斯卡×立方米／秒，记为Pam3／s。为了方便，有时用帕斯卡×升／秒，记为PaL／s。3．最大容许漏率真空系统漏气是绝对的，不漏气是相对的在真空检漏技术中所指的“漏”是和最大容许漏率的概念联系在一起的。对于动态真空系统，只要其平衡压力能够达到所要求的真空度，这时即使存在着漏孔，也可以认为该系统的漏率是容许的，该情况下系统的漏率称为最大容许漏率。动态真空系统的最大容许漏率qLmax应满足qLmax≤1/10PwS (1) 式中Pw----系统工作压力S----系统的有效抽速对于静态真空系统，要求在一定时间内，其压力维持在容许的压力以下，这时即使存在着漏孔，同样叮以认为该系统的漏率是容许的，该情况下系统的漏率称为最大容许漏率。如果要求在时间t内,容积为V的系统的压力由p 升至pt，则其最大容许漏率qLmax应满足qLmax≤(pt-p)V/t (2) 各种真空设备的 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： e v p dt Vdp ??=- (ln ) e dp d p v V V pdt dt =-=- 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。 4.放电现象和火花现象不完全相同，是因为相同气压下两者在管内产生的电压不同，从而电离的气体成分也不同，发光颜色自然有差异。 二、做P－t关系曲线并求粗真空下的机械泵的抽速 (1) U型管压强计所测得的数据列表如下:(压强为进行曲对数运算后的数据) 近代物理实验预习报告学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 真空的获得与测量 【实验目的】 1.了解真空技术基础。 2.利用机械泵组获得真空，并使用符合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。 【实验原理】 空气度是对空气稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数较少，表明真空度越高。通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高。按照国际的单位制（SI），压强单位是牛顿/米2，称为帕斯卡，简称帕（Pa）。表1为不同压强单位的转换标准。 表格 1 不同压强单位的转换比例 单位帕/Pa 托/Torr 毫巴/mbar 标准大气压 1Pa 1 7.5×10-31×10-29.87×10-6 1Torr 133.3 1 1.333 1.316×10-3 1mbar 100 0.75 1 9.87×10-4 1atm 1．013×105760 1.013×103 1 在近代物理实验中通常根据真空度的获得和测量方法的不同，可将真空区域划分为一下五个范围，见表2. 表格 2 真空区域划分 真空区域粗真空低真空高真空超高真空极高真空范围 （Pa） 105～103103～10-110-1～10-610-6～10-12<10-12 抽气系统机械泵 吸附泵 机械泵 吸附泵 扩散泵 分子泵 分子泵 低温泵 离子泵 测量仪器U型管压差计电阻真空计电离规超高真空电离技 热偶真空计潘宁规 真空技术，一般包括真空的获得、测量、检漏以及系统的设计与计算等。它已发展成为一门独立的科学技术，广泛应用于科学研究、工业生产的各个领域中。对真空技术的学习和充分掌握已成为一项重要的基本实验技能，以下我们将对真空的获得与测量进行简要介绍。 为了获得真空，就必须设法将气体外子从容器中抽出。凡是能从容器中抽出气体，使气体压强降低的装置均可称为真空泵，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。 近代物理实验中对于真空的要求是达到 低真空即可,设备采用的是2XZ-2型旋片式真 空泵,对密封腔体抽除气体而获得真空。旋片 式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机械泵。其工作压强 最低能够达到10-1Pa,属于低真空泵。它可以 单独使用，也可以作为其他高真空泵或超高 真空泵的前级泵。其主要结构和外形示意如 图1所示。 如图1所示，旋片式机械泵由定子、转子、 旋片、弹簧等组成，是一.种油封式机械真空 图 1 旋片式机械泵机构图和外形示意图泵。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。整个空腔放置在油箱内。工作时，转子带着旋片不断旋转,就有气体不断排出,完成抽气作用。整个泵体必须浸没在机械泵油中才能工作,泵油起着密封润滑和冷却的作用。 测量低压下气体真空度的装置称为真空计。真空计的种类很多，根据气体产生的压强、气体的枯滞性.动量转换率.热导率、电离等原理可制成各种真空计。由于被测量的真空度范围很广,一般采用不同类型的真空计分别进行相应范围内真空度的测量。常用的真空计和应用范国如表3所示。 书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 关于真空容器检漏方法的探讨 关于真空容器检漏方法的探讨 以氦质谱检漏技术代替传统检漏方法 目前, 对于外压容器及真空容器, 通常以内压(液压或气压) 进行压力试验, 这类容器的主要失效形式是失稳, 考核指标是容器的刚度,压力试验的结果是对容器强度及致密性的验证。而外压及真空容器在内压试验时的受力情况与实际操作具有一定的差别, 实际操作时, 在外压作用下其材料和焊缝中可能存在的缺陷趋于闭合状态, 除某些缺陷(如穿透性针孔) 在外压作用下可能渗透外, 绝不会产生低应力失效,而其外压稳定性主要取决于容器的形状尺寸及制造偏差, 即外压容器的稳定性要通过设计及制造来保证。因此对外压容器进行压力试验只能是对容器的泄漏进行检验。 1、常用的检漏方法常用的检漏方法有: 氦质谱检漏、氨渗漏、气泡法、煤油渗漏、盛水试漏。对于不同结构、不同使用条件及不同漏率要求的设备, 要根据实际情况综合考虑试验成本, 选用适当的检漏方法。 在传统的检漏方法中, 氨渗漏、气泡法、油渗漏、盛水试漏试验方法简单、试验成本低, 但灵敏度也较低, 主要适用于检验较大漏率的泄漏。氦质谱检漏灵敏度高, 可靠性好, 适用于检测较小漏率要求的泄漏。 2、常规检漏方法的弊端对于外压及真空容器, 传统检漏是采用压力试验, 即液压试验或气压试验。考虑试验的安全性, 通常为液压试验, 对于容器内不允许有微量残留液体, 或由于结构原因不能充满液体的容器, 才采用气压试验。但这种方法对密封要求较高、漏率要求较小的真空容器灵敏度很难达到要求。在此情况下, 制造厂往往是在进行压力试验之后, 再进行氦质谱检漏, 以此增加检 实验指导书 1 绝热法金属比热测量实验 【实验目的】 (1) 了解比热的定义和测量原理 (2) 了解基本的绝热技术 (3) 掌握绝热法金属比热测量方法 【实验原理】 比热的测量源于Nernst 对热力学第三定律的表述“接近绝对零度时所有物质的比热都趋近于零”，Einstein 用量子效应说明了低温比热的这种性质，从而开创了利用低温比热的测量来研究物质能态的方法。比热的测量几十年来为物理学各个领域的发展起到了重要的作用，尤其在物质相变的研究中更是扮演了重要的角色，例如晶格振动的Debye 理论、金属自由Fermi 气体理论、非晶态理论、超导BCS 理论、液氦的λ相变、磁有序—无序相变、铁电相变、金属正常—超导相变等。 比热的测量日趋成熟，人们发展了各类样品的不同测量方法。为了让大家了解比热的含义，我们从比热的定义出发介绍一种最基本的绝热测量方法。 物质热容的定义是指在与外部环境绝热条件下设某个温度T 附近物质吸收或放出微小量的热量δQ ，当物质达到热平衡后温度变化了δT ，那么我们说温度T 时该物质的热容为： T Q C T x δδδ0lim →= x 为变化过程中恒定的物理参量，在实际测试过程中，大多是在恒压条件下，这时x 就是压强p 。以下我们忽略掉下标x 。设物质所测样品的质量为m ，物质的比热为单位质量的热容。 T Q m c T δδδ0lim 1→= 实际测量时是样品处于某个温度附近的平均值，即 )(1)(T c T Q m T c ≈??= 一般热量是通过在Δt 时间内给样品提供一定的加热功率P ，加热功率P = 加热器的电流I ?加热器的电压V 。然后切断加热源，等待样品热平衡后测量热平衡温度，温度的变化ΔT 为终了平衡温度减去加热前平衡温度。假设整个过程样品和环境之间没有热量的传递，则比热 T t IV m T t P m T c ??=??=11)( 所以本方法的关键是系统的绝热问题。图1为测量恒温器示意图，样品架为厚度0.5 mm 、宽度25 mm 正方形紫铜，样品架背面用导热胶贴上合金薄膜电阻加热器（电阻值为 7.8 Ω）和Pt100铂金属薄膜温度计，样品室为圆柱形抛光不锈钢材料，顶盖设计为可观察、方便打开和密封的石英玻璃窗口。可看出，样品和环境之间的传热途径主要有：通过电引线和支撑杆的固体传热、真空室的剩余气体传热、样品与周围环境的辐射传热、电引线的焦耳热。系统采用热导率很低的直径φ=8 mm 的胶木棒作支撑杆，用细棉线将样品和样品架 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。 当机械泵对体积为V的容器抽气时，因泵旋 转一周所抽出气体体积为泵的工作体积△V，使被 抽体积V增大了△V，设抽气前V中压强为P， 转子旋转一周后V中压强为P1，则有： P V = P1（V+△V） 高效过滤器的检漏通常采用PAO发生器在滤器上游发尘，使用光度计（photometer）检测滤器上下游气溶胶浓度来判定滤器是否有泄漏。 高效过滤器的检漏通常采用PAO发生器在滤器上游发尘，使用光度计（photometer）检测滤器上下游气溶胶浓度来判定滤器是否有泄漏。发尘的目的是因高效过滤器上游尘粒浓度较低，仅用粒子计数器在不发尘的情况下检测，较难发现有泄漏，需补充发尘才能明显、容易地发现泄漏。人工气溶胶DOP已有近40年历史，一段时间以来，因被怀疑对人有致癌作用，现常以DOS （Dioctylsebaeate癸二酸二辛脂）亦称DEHS[di(2-ethylexyl)sebacate]及 PAO(polyaphaolefin聚a烯烃）等代替，但实验方法仍称“DOP法”。大气尘由于其浓度随地点及时间等变化，有时较大，有时较低，一般不用来作为检漏用。FDA指出在进行检漏时，选用的气溶胶应符合一定的理化要求，不应使用会引起微生物污染、造成微生物滋生的气溶胶。 PAO发生器可分为热发生和冷发生两种，热发生器是利用蒸发冷凝的原理，被雾化的气溶胶粒子用加热器蒸发，并在特定条件下冷凝成微小液滴，去掉过大和过小的液滴后留下0.3um左右的雾状DOP进入风道，粒径分布在0.1～ 0.3um。冷发生器是指利用压缩空气在液体中鼓气泡，经laskin喷管飞溅产生物态的多分散相DOP气溶胶，最大分布粒径在0.65um左右。在对过滤器进行扫描检漏时，经常使用冷DOP. 检测仪器有两种，一种是气溶胶光度计，另一种是粒子计数器，高效过滤器检漏中常用的检测仪器是气溶胶光度计（以下简称光度计），是一种前散射线性光度计，它由真空泵、光散射室、光电倍增管、信号处理转换器和微处理器等组成。其工作原理是：当气流被真空泵抽至光散射室时，其中的颗粒物质散射光线至光电倍增管。在光电倍增管中，光被转换成电信号，此信号经放大和数字化后由微处理器分析，从而测定散射光的强度。通过与参比物质产生的信号的对比，可以直接测量气体中颗粒物质的质量浓度，因此其用途十分广泛。而粒子计数器，它的测试值反映的是气流中粒子个数的浓度!粒" #$ 并规定粒径范围，其灵敏度较高，对所有尘源气溶胶适用，选择余地较大，但在高效过滤器检漏中较少使用，两种仪器测试结果难以定量对比。 检测方法 确定高效过滤器本身及其安装是否有明显的渗漏，必须在现场对以下几处进行测试：过滤器的滤材；过滤器的滤材与其框架内部的连接；过滤器框架的密封垫和过滤器组支撑框架之间；支撑框架和墙壁或顶棚之间。 DOP检漏的材料、仪器有：尘源（PAO溶剂）、气溶胶发生器、气溶胶光度计。 它直接使用空气而不需要压缩气体作为动力。在20Pa工作压力下，气流速度为50~2025f3/min时，可产生10~100ug/mL 浓度的多分散性亚微米级油尘气 大学物理仿真实验报告项目名称：真空实验 院系名称：土木建筑学院 专业班级：建环1202 姓名：李瑞洁 学号：201214030229 一、实验目的 在真空实用技术中，真空的获得和测量是两个最重要的方面，在一个真空系统中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。目前常用的真空获得设备主要有旋片式机械真空泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温泵等。真空测量仪器主要有U型真空计、热传导真空计、电离真空计等。随着电子技术和计算机技术的发展，各种真空获得设备向高抽速、高极限真空、无污染方向发展。各种真空测量设备与微型计算机相结合，具有数字显示、数 据打印、自动监控和自动切换量程等功能。 低真空的应用主要涉及真空疏松、真空过滤、真空成型、真空装卸、真空干燥及震动浓缩等，在纺织、粮 食加工、矿山、铸造、医药等部门有着广泛的应用。 本实验的目的是，学会用机械泵获得低真空以及观测不同真空度时辉光放电现象；用U型计和热偶计测量 真空以及用定容法测量机械泵的有效抽速。 二、实验原理 1. 真空技术的基本概念 (1)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。 (2)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 (3)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 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 (1) 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。 (2) 极限压强Pu (极限真空) 无损检测课程报告 ——泄漏检测技术 一、概述 泄漏检测技术(Leak Testing，L T)主要用于真空容器，压力容器或储液容器等探测，例如漏孔、裂纹等穿壁缺陷以及气密缺陷，以防止发生泄漏而酿成事故，避免能源、资源的损失以及污染环境等。 泄漏检测俗称“检漏”。它主要是用于发现漏孔类缺陷，即指封闭壳体壁在压力作用下或者壁的两侧存在浓度差时，气体或液体通过它能够由一侧到达另一侧的孔洞或缝隙——称为穿壁缺陷。 泄漏检测的基本原理是利用示漏介质（气体或液体）来判断有无穿壁缺陷（漏孔）存在，并根据示漏介质的漏率（压强差和温度一定时，单位时间内通过漏孔的示漏介质的数量），可以测定漏孔的大小。检漏的任务就是在制造、安装、调试过程中，判断漏与不漏、泄漏率的大小，找出漏孔的位置；在运转使用过程中监视系统可能发生的泄漏及其变化。 泄漏是绝对的，不漏则是相对的。对于真空系统来说，只要系统内的压力在一定的时间间隔内能维持在所允许的真空度以下，这时即使存在漏孔，也可以认为系统是不漏的；对于压力系统来说，只要系统的压力降能维持在所允许的值以下，不会影响系统的正常操作，同样也可以认为系统是不漏的。对于密封有毒的、易燃易爆的、对环境有污染的、贵重的介质，则要求系统的泄漏率必须小于环保、安全以及经济性决定的最大允许泄漏率指标。 二、检漏方法的选择和分类 1、检漏方法的选择 泄漏检测方法很多，每种方法的特点不同，检漏前应首先根据检漏要求、检漏环境等选择合适的检漏方法。 选择泄漏检测方法要考虑如下几个方面因素： （1）检漏原理不论采用哪种检漏方法，必须理解它的基本原理。泄漏检测方法涉及的内容较广，集中反映了各种计量和测试技术。 （2）灵敏度检漏方法的灵敏度可以用该方法可检测到的最小泄漏率来表示。选择检漏方法时应考虑各种方法的灵敏度，即采用哪种方法可以检测出哪一级的泄漏。 （3）响应时间不论采用什么方法，要检测出泄漏率，总要花费一定的时间。响应时间的长短可能会影响检漏的精度和灵敏度。响应时间包括检测仪器本身的应答时间，气体流动的滞后时间和各种准备所需的时间。选择检漏方法时，必须考虑到这一点。 （4）泄漏点的判断有些检漏方法仅仅可以判断出系统有无泄漏，但无法确定泄漏点在何处，有的检漏方法不仅可以确定泄漏点，而且还可以确定泄漏率的大小。 （5）一致性对有些检漏方法来说，不管检测人员是否熟练，所得到的检测结果都基本相同；有些方法则是内行和外行使用，其结果全然不同。每种方法都有不同的技术关键，不同的检漏人员未必能得出一致的检漏结果 （6）稳定性泄漏检测是一种计量和测试的综合技术。正确的泄漏检测不仅需要检测仪器具有稳定性，而且需要检测方法本身也具有较好的稳定性。 1 一、前言 本文涉及到的有关名词和术语： 1.真空度：当以mmHg（Torr）或Kpa、Pa为单位时，指的是绝压，又称残压、压力，剩余压力或吸入压力。 当以Mpa为单位时，指的是弹簧真空表的表压，例：-0.078Mpa。那么绝压应为 0.1-0.078=0.022Mpa。 2.抽气量：单位时间通过泵入口处气体的质量流量，常以当量不凝气和当量可凝气标称，单位为kg/hr。 3.当量不凝气，对非20℃空气或其它不凝性气体,按其分子量和温度折算成20℃的空气质量流量，单位为kg/hr。 4.当量可凝性流量：对非20℃的水蒸汽或其它可凝性气体，按其分子量和温度折算成20℃的水蒸汽质量流量，单位为kg/hr。 5.工作蒸汽耗量：在额定工况下，单位时间内通过拉瓦尔喷嘴的工作蒸汽的质量流量，多级喷射泵则指通过全部拉瓦尔喷嘴的总质量流量，单位为kg/hr。 6.冷却水循环量：在额定工况下，单位时间冷却水的体积流量，多只冷凝器则指总体积流量，单位为M3/ hr。 7.冷却水耗量：在额定工况下，循环冷却水在冷却塔中降温时在单位时间内蒸发和损失的水量（估计值）。单位为kg/hr。 二、真空度的测量 测量真空度一般有五种方法： 1. 与外界大气压力相比较。 在图一中，装有水银的U形管两端开口。一端直通大气，另一端与真空系统连接（设压力为P A），两端的水银柱的差为△h，若设大气压为P大，有P大－P A=△h 则P A=P大-△h mmHg 但是，我们必须注意，大气压并非为760mmHg，气压计只有在海拔高度为零时，其读数才代表当地当时的大气压。 设若在某地区某一时，大气压计读数为P B，而海拔高度为H，则该地区实际大气压为： P大=P B－H/10 mmHg 低真空的获得和测量 19系04级姓名刘畅畅日期2006年5月26日学号PB04204051 实验目的： 本实验的目的是掌握低真空获得和测量的方法。 实验原理： 一．旋片式机械泵 1. 结构及原理 旋片式机械泵的结构如图一所示。它由转子6、定子7、旋片4（或称刮板）、活门和油 槽等所构成。泵的定子装在油槽中，定子的空腔是圆柱形。转子是圆柱形轮子，它偏心地装 成与定子空腔内切位置。转子可绕自己旋转对称轴转动，方向如图所示。转子转动是由马达 带动的。转子中镶有两块刮板，刮板之间用弹簧相连，使刮板紧贴在定子空腔内壁上，当转 子转动时，被抽容器中的气体经过进气口到定子与转子之间的空间，由活门及出气口排出。 定子浸在油中，油是起密封、润滑与冷却作用的.进油槽是为了让油进人空腔，进空腔的油 除了上述作用外，还起着协助打开活门的作用.因为在压强很低时被压缩的气体不足以打开 活门，而不可压缩的油将强迫活门被打开。一般油面在活门上一定距离。活门的作用是让气 体从泵中排出，而不让大气进入泵中。活门的结构为一金属片或金属球构成。工作原理如图 二所示。图中(a)表示两刮板转动。上刮板A与进气口之间的体积不断增大，这时被抽容器 内气体从进气口进入这部分空间。图（b）、(c)表示进入泵中的气体被刮板B与被抽容器隔 开并被压缩到活门。当转子转动到图(d)位置时，被压缩的气体的压强大于大气压，这时活 门被打开，气体排出泵外。这个过程反复不断被抽容器内的气体就不断被抽出泵外。 图一旋片式机械泵剖面图 图二旋片式机械泵原理图 2. 泵的极限压强和抽速 机械泵的主要指标（或参量）是极限压强和抽气速率。常用机械泵进气口的最低压强可达l~10-1Pa,（10-2~10-3T orr）真空度，即机械泵的极限真空度。目前常用的机械泵多为两个或两个以上的泵芯串联起来形成的二级泵或多级泵，其极限真空度可达10-2Pa或更高。 图三是旋片式机械泵的抽速特性曲线。由图可见，在压强较高的一段范围内，抽速随压强的变化不大。当压强快到极限压强时，抽速迅速下降，最后在极限真空度时抽速为零。这是因为压强很高时由泵返回被抽容器内的气体仅占次要地位，可被忽略。当容器内压强不 42 真 空 V acuum2V acuum T echno logy and M aterial 第5期 1997年10月 真空技术及应用系列讲座 东北大学真空工程博士点,博士导师杨乃恒先生主持 第一讲:真空科学的发展及其应用李云奇 95(2) ………………………………………… 第二讲:真空物理基础张世伟 95(3) ……………………………………………………… 第三讲:机械真空泵(一)(二)(三)(四)(五)(六)…张以忱95(4)、(5)、(6)、96(1)、(2)、(3) 第四讲:蒸汽流真空泵姚民生 96(4) ……………………………………………………… 第五讲:气体捕集式真空泵徐成海 96(5) ………………………………………………… 第六讲:真空测量刘玉岱 96(6)、97(1)、(2)、(3)、(4) …………………………………… 第七讲:真空检漏 关奎之 (东北大学) 一、概述 11概漏的基本概念 真空检漏就是检测真空系统的漏气部位及其大小的过程。 漏气也叫实漏,是气体通过系统上的漏孔或间隙从高压侧流到低压侧的现象。 虚漏,是相对实漏而言的一种物理现象。这种现象是由于材料放气、解吸、凝结气体的再蒸发、气体通过器壁的渗透及系统内死空间中气体的流出等原因引起真空系统中气体压力升高的现象。 气密性是表征真空系统器壁防止气体渗透的性能,它包括通过漏孔(或间隙)的漏气和材质的渗气。 最小可检漏率是指某种检漏方法能够检测出的漏率的最小值。 最佳灵敏度是指检漏仪器或检漏方法在最佳条件下所能检测出的最小漏率。对于检漏仪器来讲,最佳灵敏度又称作仪器灵敏度。 检漏灵敏度是指在具体条件下,某种检漏方法所能检测出的最小漏率。检漏灵敏度又称作有效灵敏度。 反应时间,即从检漏方法开始实施(如开始喷吹示漏气体)到指示方法(如仪表)做出反应的时间。 消除时间,即从检漏方法停止(如停止喷吹且开始抽出示漏气体)到指示方法的指示消失的时间。 漏率,即单位时间内流过漏孔(包括间隙)的气体量。 21漏孔、漏率及其单位 真空技术中所指的漏孔,由于尺寸微小、形状复杂、形式多样(如图1所示),无法用几何尺寸表示其大小,所以一般用等效流导或漏气速率(简称为漏率)表示漏孔的大小。 实验十五真空获得与真空镀膜压强低于一个标准大气压的稀薄气体空间称为真空。真空的分为自然真空和人为真空。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。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。在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减少，分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数亦相对减少，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流小，氧化作用少，气体污染小，汽化点低，高真空的绝缘性能好等等．真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有日益广泛的应用。薄膜技术在现代科学技术和工业生产中有着广泛的应用．例如，光学系统中使用的各种反射膜、增透膜、滤光片、分束镜、偏振镜等；电子器件中用的薄膜电阻，特别是平面型晶体管和超大规模集成电路也有赖于薄膜技术来制造；硬质保护膜可使各种经常受磨损的器件表面硬化，大大增强表面耐磨程度；在塑料、陶瓷、石膏和玻璃等非金属材料表面镀以金属膜具有良好的美化装饰效果，有些合金膜还起着保护层的作用；磁性薄膜具有记忆功能，在电子计算机中用作存储记录介质而占有重要地位。 薄膜制备的方法主要有真空蒸发、溅射、分子束外延、化学镀膜等．真空镀膜，是指在真空条件中采用蒸发和溅射等技术使镀膜材料气化，并在一定条件下使气化的原子或分子牢固地凝结在被镀的基片上形成薄膜．真空镀膜是目前用来制备薄膜最常用的方法，真空镀膜技术目前正在向各个重要的科学领域中延伸，引起了人们广泛的注意。 实验目的： 1．了解真空技术的基本知识； 2．掌握低、高真空的获得和测量的基本原理及方法； 3．了解真空镀膜的基本知识； 4．学习掌握蒸发镀膜的基本原理和方法． 实验原理： 1、真空度与气体压强 真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数 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。随着真空技术在排气和测量技术方面的改进，真空度的下限正在不断降低。用现代排气方法获得的最低压强下，每立方厘米抽成真空的空间里仍然有好几百个分子。 当压强为一个大气压，温度为273K 时，一立方厘米任何气体的分子数N o =2.69×10-19个(洛喜米脱数)。 当压强为P(以帕表示)，温度T(绝对温度)，一立方厘米任何气体的分子数表示为： T P N 16103.7?= 例：室温20 时(即293K)各种真空度下，每立方厘米气体分子数： ． 真空测量与检漏 主讲人：刘玉岱 东北大学 真空测量与检漏东北大学首期《真空技术》培训班系列教程之三 真空测量与检漏 1 真空测量概述 2 全压力测量 3 分压力测量 4 真空计校准 I 真空测量 II 检漏 5 检漏概述 6 检漏方法 7 检漏仪 真空测量与检漏 I 真空测量 1 真空测量概述 1.1 什么是真空测量 1. 2 真空度的表征及单位 1.3 真空计分类 1.4 真空计测量范围 1.5 真空测量特点 1.6 选择真空计原则 真空测量与检漏 1.1 什么是真空测量 真空测量就是真空度的测量，而真空度是指低于大气压力的气体稀薄程度。真空度是用压力来表示的。 真空测量包括全压力测量、分压力测量和真空计校准。 真空计是指探测低压空间稀薄气体压力所用的仪器。 大气压力为101325Pa 。 直接测量压力是比较少的。测量真空度的办法通常是在气体中造成一定的物理现象，然后测量这个过程中与气体压力有关的某些物理量，再设法间接确定出真实压力来。 被测量气体多为混合气体，上述压力测量是指混合气体全压力测量，等于其各组成成分的分压力之和。 真空测量与检漏 现代分压力真空计都属于电离类。 有时只需知晓被测系统残余气体成分和相对含量，并不要求测出分压力值，所用仪器为残余气体分析仪。 正确的压力测量必须用标准真空计或能产生已知低压的校准装置对真空计进行校准。 真空计量器具分三类：计量基准器具、计量标准器具和工作计量器具。前两类用于复现和传递真空度量值，统一全国真空度量值；后一类是在现场应用。 真空测量与检漏 1.2 真空度的表征及单位 一般用压力来表示真空度。 根据真空度定义，真空度最好用分子密度n 表示，而以压力表示真空度与此并不矛盾。气体处于平衡态并满足麦克斯威速度分布定律，即p ＝nkT 成立。当温度T 一定时，所以气体压力p 正比于分子密度n ，也就是说，压力是分子密度的量度。 还可以用如下参数表示真空度： 粒子密度n 、分 子平均自由程λ、碰撞次数z 、覆盖时间τ。 单位：1Pa ＝ 1Nm -2 真空度百分数： 当压力p >102 Pa 时，δ＝（p 0－p ）/p 0×100％ 式中p —— 标准大气压力，Pa 。 真空测量与检漏 真空计原理与测量范围 真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象。在真空技术里，真空系针对大气而言，一般指特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。真空常用帕斯卡（Pascal）托尔（Torr）毫巴（mbar）等做为压力的单位。 真空的分类： 前级真空：1*10-3Torr~1000Torr 高真空：1*10-9Torr~10-3Torr 超高真空：10-9Torr以下 真空计（Vacuum Gauge），也称真空表、真空规管，是测量真空度或低气压的仪器。一般是利用不同气压下气体的某种物理效应的变化进行气压的测量。在科研和工业生产中广泛使用。按照真空计测量原理所利用的不同的物理机制，可将主要的真空计分为三大类， 分别是利用力学性能、利用气体动力学效应利用带电粒子效应的真空计。 利用力学性能的真空计典型的有波尔登规（Bourdon）和电容薄膜规；利用气体动力学效应的典型真空计有皮拉尼（Pirani）电阻规和热电偶规、热传导规； 利用带电粒子效应的典型真空计有热阴极电离规和冷阴极电离规。市场上真空计的形式： 真空规管+真空测量计（真空计控制器）：需配套使用。 真空变送器（真空计）：本体集成电路部分，可输出各类型号。 两种形式客户可根据实际应用进行选择，真空规和控制器的形式，主要应用在一些恶劣的现场环境或者早期的集成设备，由规管、线缆、控制器三部分组成，前期成本略高，典型优点是后期维护更换真空规便宜；随着工业自动化的发展，真空变送器（真空计）已经成为真空测量的主要产品，可根据现场能处理的信号（数字/模拟）选择相应通讯的产品。 真空计测量范围： 真空的获得与测量 【摘要】： 在真空实用技术中，真空的获得和测量是两个最重要的方面，在一个真空系统中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。目前常用的真空获得设备主要有旋片式机械真空泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温泵等。真空测量仪器主要有U 型真空计、热传导真空计、电离真空计等。随着电子技术和计算机技术的发展，各种真空获得设备向高抽速、高极限真空、无污染方向发展。真空技术已应用于电子技术、航空航天技术、加速器、微电子、工农生产、日常生活等各个领域。本实验主要是了解最基本的真空系统的结构，尤其是低真空系统的结构，了解低真空的获得设备－机械泵以及热传导真空计、U 型真空。 【关键词】：真空泵，真空获得，测量，真空计 【前言】： “真空”泛指一个大气压的气体状态。随着各门科学技术的迅速发展和相互渗透，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密切联系并有着广泛地应用。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。 【正文】： 真空环境的获得往往需要不同种类的真空泵联合使用。 真空泵的基本原理：当泵工作后，形成压差，p 1 > p 2，实现了抽气。 按获得真空方法的原理不同，可将真空泵分为两大类，即输运式真空泵和捕获式真空泵。输运式真空泵采用对气体进行压缩的方式将气体分子输运至真空系统之外，而捕获式真空泵则依靠在真空系统内凝集或吸附气体分子的方式将气体分子捕获，而提高真空系统的真空度。 输运式真空泵又分为机械式气体输运泵和气流式气体输运泵。 真空泵的主要参数： A)抽气效率S= 1P P t V =??定义为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S= P Q ，其中Q 为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气效率S 并不是常数， 随P 变化。 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 （一）真空的获得 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。 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。 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为两类：能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵（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经过排气孔，排气阀排出机械泵。为了减少转动摩擦和防止漏气，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，要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当 的粘度，机器泵的极限真空度一般在10－2～10 －4mmHg ，抽气速率一般为每分钟数十升到数百升。 （2）扩散泵 一般多采用油扩散泵，其结构如图3－10－2所示，扩散泵是高真空泵，当机器泵的极限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 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 ）。 真空获得与真空镀膜 实验报告 实验目的 1.了解真空技术的基本知识； 2.掌握低，高真空的获得和测量的基本原理及方法； 3.了解真空镀膜的基本知识； 4.学习掌握蒸发镀膜的基本原理和方法。 实验原理 1.真空泵简介 （1）机械泵 机械泵通过不断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压缩从而获得真空，常用的是旋片式机械泵。 旋片式机械泵原理见附图2。 旋片式机械泵使用注意： 1）检查油槽中油液面的高度是否符合规定，机械泵转子的转动方向与规定方向是否一致； 2）机械泵停止工作时，要立即使进气口与大气相通，防止回油现象。这步由机械泵上的电磁阀自动进行。 3）机械泵不宜工作过长，否则会影响使用寿命。 （2）扩散泵 扩散泵利用气体扩散现象来抽气的。利用高速定向喷射的油分子在喷嘴出口处的蒸汽流中形成一低压，将扩散进入蒸汽流的气体分子带至泵口被前级泵抽走。 扩散泵使用注意： 启动压强低于1Pa，保证绝大部分的气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流，高压会导致一些副反应的发生，影响真空的形成。扩散泵一般能达到－5到－7的压强数量级。 2.真空的测量 测量真空的装置称为真空计，常用的油热耦真空计和电离真空计。 热耦真空计可以测量0.1～10Pa的压强，利用低压下气体的热传导与压强成正比的原理；电离真空计利用电子与气体分子碰撞产生电离电流随压强变化的原理制成，可测量范围是10的－1～－6数量级。注意，电离真空计必须在0.1Pa一下使用，否则会损坏装置。 3.蒸发镀膜 蒸发镀膜是在真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使薄膜材料蒸发成原子或分子，它们随即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜。 要求镀膜室里残余分子的自由程大于蒸发源到基片的距离，保证镀膜的纯净和牢固。 气体分子平均自由程为： λ= 此式表明气体分子平均自由程与压强成反比，与温度成正比，于是，在25℃的时候 λ= 对于蒸发源到基片距离为0.15～0.25米的镀膜装置，真空度必须要在10的－2～－4Pa之间才能满足。 蒸发镀膜时，在一定的温度下，薄膜材料单位面积的质量蒸发速率由朗谬尔导出的公式决定 G= 从公式可以看出，材料饱和蒸汽压随温度的上升而迅速增大，所以实验时必须控制好蒸发源温度。蒸发镀膜常用的加热方法时电阻大电流加热，采用钨，钼，铂等高熔点的金属。真空镀膜时，飞抵基片的气化原子或分子，一部分被反射，一部分被蒸发离开，剩下的要么结合在一起，再捕获其他原子或分子，使得自己增大；或者单个原子或分子在基片上自由扩散，逐渐生长，覆盖整个基片，形成镀膜。注意的是基片的清洁度和完整性将影响到镀膜的形成速率和质量。 4.干涉法测量膜厚 使用仪器是干涉显微镜，可以测量3～2000nm的膜厚，实验光路图和原理图见真空检漏常用方法和技巧
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实验十三高真空的获得与测量
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