与我们相关的真空知识
真空技术及真空计量基本知识
第二章 真空计量基本知识一、真空1.1 真空、理想气体状态方程、气体分子的热运动地球的周围有一层厚厚的空气，称为大气，人类就生活在这些大气中。
空气有一定的质量，在通常状况下，大约为1.29g/l ，可以说是很轻的。
但地球周围的空气非常密，在几十公里以上的高空还有空气存在，这么厚的一层空气受地球引力作用，就会对地面上的一切物体产生压力，这就是大气压。
早在17世纪，托里拆利就通过实验证实了大气压强的大小。
通常一个标准大气压约等于0.1MPa ，相当于760mm 左右的汞柱所产生的压强。
真空是指低于一个大气压的气体空间，但不可理解为什么都没有。
真空是同正常的大气相比，是比较稀薄的气体状态。
按照阿佛加德罗定律1mol 任何气体在标准状况下，有6.022×1023个分子，占据22.4L 的体积。
由此我们得到标准状态下气体分子的密度为319/103cm 个⨯。
在非标准状况下，当气体处于平衡时，满足描述理想气体的状态方程。
式中的N 为气体的摩尔数，P 为压力（Pa ）,T 热力学温度，κ为波尔兹曼常数，κ=1.38×10-23J/K 。
因此在非标准状况下，气体分子数密度与压力和温度有关。
每立方厘米中的气体分子数可以表示为： TP n 61024.7⨯= 式中n 为气体分子数密度（cm -3），由此可见，即便在Pa P 11103.1-⨯=这样很高的真空度时，T=293K 时，每立方厘米的空间中仍有数百个气体分子。
因此所谓真空是相对的，绝对的真空是不存在的。
同时我们也可知，气体分子数密度在温度不变时，与压力成正比。
因此，真空度可用压力来表示也是以此为理论依据。
在真空抽气过程中，一般可认为是等温的，我们说容器中的压力降低了或气体分子数密度减少了都是正确的。
1.2 气体分子的热运动 从微观的角度看，气体是由分子组成的，所有分子都处在不断的、无规则的运动状态。
分子的这种运kT V N p ⎪⎭⎫ ⎝⎛=动与温度有关，因此我们称之为热运动。
7~0真空技术基础知识
第七单元 真空技术7-0 真空技术基础知识“真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态。
真空的发现始于1643，那年托利拆利（E.Torricelli ）做了有名的大气压力实验，将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空，确认了真空的存在。
此后，人们不断致力于提高真空度，随着科学技术的发展，现在已经能够获得低于10-10Pa 的极高真空。
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小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，气化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，目前，在高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位，被广泛应用于工业生产，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。
一、真空物理基础 1． 真空的表征表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。
单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高，习惯上采用气体压强高低来表征真空度。
在SI 单位制中，压强单位为 牛顿/米2（N/m 2）：1牛顿/米2=1帕斯卡（Pascal ）， （7-0-1）帕斯卡简称为帕（Pa ），由于历史原因，物理实验中常用单位还有托（Torr ）。
1标准大气压（atm ）=1.0135×105(Pa)，1托=1/760标准大气压 （7-0-2） 1托=133.3帕斯卡习惯采用的毫米汞柱（mmHg ）压强单位与托近似相等（1mmHg=1.00000014）托。
各种单位之间的换算关系见附表7-1 2． 真空的划分真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。
通常可分为：低真空（Pa 10~1013-）、高真空（Pa 10~1061--）、超高真空（Pa 10~10-10-6）和极高真空（低于Pa 1010-）。
真空知识
检漏的基本知识
1、 1、 真空度达不到要求的因素： 真真空系统中，如果抽不到预定的真空度，有三个因素：1、真 空泵工作不良，抽速不够。2、真空部件或内部放气3、真空室 体某些部件漏气。 2、漏气的判断
• 1） 直线A，压力不变，但无法提高真空度，说明主要是泵 的工作能力有问题 • 2） 曲线B，压力刚开始上升较快，上升一段时间后趋平行， 主要问题是放气，真空室内部的放气 • 3） 斜线C，真空压力一直上升，主要是漏气。 • 4） 曲线D，放气和漏气同时存在。 • 3、 真空检漏的一般方法和注意事项 • 1） 检漏的原理：（另外画图讲解） • 2） 漏率的单位：Pam3 /s Torr m3 /s Mbam3 /s 单位的转换 • 3） 漏率：露点低于-25℃的空气，入口压力为标准大气压， 出口压力为103 Pa，温度为23±3℃时，空气通过漏空的流量。 • 漏率Q＝压力Pa×流速m3/s • 4） 检漏的几种方法： （1）大漏的检测： • (2) 小漏的检测：
真空度越高，则气体的压力越低，炉内气体分子数目也越少；反之， 气体压力越高，意味着真空度越低。可见，压强的大小与真空度的高 低成反比。 在各种文献中，压强的单位除了Pa和Torr外，还有标准大气压、 bar、kgf/cm2。几种常见单位之间的换算关系如下。 1Torr=133.3Pa 1Pa=7.5×10-3Torr 1Torr=1mmHg 1 Torr = 1/760 大气压 三、真空区域的划分 真空区域的划分方法很多，目前，我国将真空区域划分为：低真 空、中真空、高真空和超高真空。各真空区域所对应的真空值分别为 ： 低 真 空：105 ～102 Pa (760～1 Torr) 中 真 空：102 ～10-1 Pa (1～10-3 Torr) 高 真 空：10-1～10-5 Pa (10-3～10-7 Torr) 超高真空： ≤10-5 Pa (≤10-7 Torr) 在不同的真空区域内分子运动的物理现象是不同的。
真空制盐基本知识
真空制盐基本知识1、拉乌尔定律：在相同的压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。
（高出的部分我们称为沸点升高）纯氯化钠溶液的沸点升高值：水的沸点：1301202001009080706050沸点升高：9、699、18、548、07、497、016、546、15、692、温度损失（大约可以风味以下五种）：料液沸点升高（拉乌尔定律）；闪发温度损失；静压温度损失；过热温度损失；管道阻力温度损失。
3、蒸发效数的确定：根据理论计算，蒸发一公斤水耗蒸汽为：单效1、1公斤，双效0、57公斤，3效0、4公斤，4效0、3公斤，5效0、27公斤，6效0、26公斤。
合适的效数用下式计算：n=(T-t)/(6+12)式中：T首效加热室进汽温度 t进入冷凝器的末效二次蒸汽温度6各效的传热温差一般应该大于或等于6C12各效的无效温差4、容积蒸发强度：单位容积在单位时间内可以通过的二次蒸汽量（米3/米3秒）称为容积蒸发强度，用R表示。
通常蒸发室容积蒸发强度可以取0、8-1、3 米3/米2秒。
如四效蒸发时，各效R值可以分别取0、8，0、9，1、05，1、3。
蒸发室的蒸发空间体积V(米3)可以由下式计算：V=Gv/（3600R）式中：G为蒸发罐的蒸发量（公斤/小时） v 为二次蒸汽的比容（米3/公斤）一般四效二次蒸汽的流速可以取4-5米/秒。
通常蒸发室蒸发空间不低于3-4米。
5 、蒸发液面高度的确定（加热室上花板到液面的垂直距离）：H=(PH-PO)*1、2/(Cr)式中：PH加热室出口卤水温度下对应蒸汽绝对压力（公斤/厘米2） Po 体积系数（10、7，30、6） r3所示。
蒸汽压缩系统精卤分级预热220231232233 硝离心干燥301304HE306 HE305成品硝包装盐离心脱水后送至仓库MVR工艺流程简图卤水净化车间来的精制卤水送至盐预热系统预热,并与来自制盐离心机的滤液混合后进入制盐蒸发罐EV-220。
EV-220罐蒸发产生的二次蒸汽通过洗汽塔洗涤后送至压缩机进行压缩,二次蒸汽经压缩降温后送至EV-220罐的加热室HE-220，与卤水换热后产生的冷凝水一部分做为压缩蒸汽的减温水，一部分做为制盐系统板式换热器的热源。
真空基本知识
碰撞于固体表面的分子它们飞离表面的方向与原入射方向无关，并按 与表面法线方向所成角度的余弦进行分布。
一个分子离开固体表面时，处于立体角 d 中的几率为：
dp d cos
θ为出射方向与法线所成的角度
余弦定律的重要意义：
它揭示了固体表面对气体分子作用的另一个方面，即 分子原有的方向性彻底“消除”，均按余弦定律散射。
工作原理：
涡轮分子泵的转子叶片具有特定的形 状，在它以20000～30000r/min的高速 旋转时，叶片将动量传给气体分子，同 时，涡轮分子泵中装有很多级叶片，上 一级叶片输送过来的气体分子又会受到 下一级叶片的作用而被进一步压缩至更 下一级。像油扩散泵一样，也是靠对气 体分子施加作用力，并使气体分子向特 定的方向运动的原理来工作的。
真空度差个10倍（10－３Pa），杂质含量相当于10～20％，真空度提高 10倍（10－５Pa），杂质含量为0.1～0.2％。
真空度越高，所得到的薄膜质量越好，纯度越高； 但真空度越高，抽取真空所需费用也越高，设备越贵！
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2、真空获得
☞真空系统
•真空室 •泵 •管路 •阀门 •真空测量
4. 阀门—控制真空系统的连接情况
5. 真空系统中真空的测量
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2、真空获得
真空泵 •真空泵是吸入口形成负压，排气口直通大气，两端压力比很大抽出气体的机械
右图是运用真空泵的典型真 空回路
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2 真空获得
☞ 机械泵
Rotary Vane Pumps
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组成：真空发生器由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管、负压腔和接收管等组成。有供气口、
真空知识
基础知识1、真空的概念“真空”一词来自拉丁语“vacuum”，原意为“虚无”、“空的”。
真空是指在给定空间内低于环境大气压力的气体状态，即该空间内的气体分子密度低于该地区大气压力的气体分子密度，并不是没有物质的空间。
水环真空泵应用于低真空（105—103 Pa）领域2、真空的测量单位在真空技术中，表示处于真空状态下气体稀薄程度的量称为真空度，可用压力、分子数密度、平均自由程和形成一个单分子层的时间常数等来表征，但通常用气体的压力（剩余压力）值来表示。
气体压力越低，表示真空度越高；反之，压力越高，真空度越低。
法定的压力计量单位为帕［帕斯卡］，符号为Pa1Pa=1N.m-2 此外，还可用真空度的百分数作测量单位。
δ——真空度百分数（%）P——绝对压力（Pa）Pb-P 表示真空压力表读数，表压力（用Pe表示）真空度百分数δ（%）与压力P对照表3、单位换算1atm（标准大气压）=1013.25hPa（百帕）1mmHg（毫米汞柱）=1Torr（托）=1.333 hPa（百帕）1bar（巴）=1000 hPa（百帕）1mbar（毫巴）=1 hPa（百帕）１inHg（英寸汞柱）=25.4mmHg（毫米汞柱）=33.8 hPa （百帕）4、相关术语◇气量——水环真空泵的气量是指入口在给定真空度下，出口为大气压1013.25hPa时，单位时间通过泵人口的吸入状态下的气体容积，m3/min或m3/h 。
◇最大气量——水环真空泵的最大气量是指气量曲线上的气量最大值，m3/min或m3/h。
◇真空度（或称作压力）——水环真空泵的真空泵是指入口处在真空状态下气体的稀薄程度，以绝对压力表示，Pa、hPa、kPa。
◇极限真空度（或称作极限压力）——水环真空泵的极限真空度是指入口处气量为零时的真空度，Pa、hPa、kPa。
◇压缩比——吸入压力下气体容积与压缩后气体容积之比◇饱和蒸汽压——在给定温度下，某种物质的蒸汽与其凝聚相处于相平衡状态下的该种物质的蒸汽压力。
真空知识
真空泵学习资料在真空科学中，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。
人们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状态。
这种特定的真空状态与人类赖以生存的大气状态相比，具有如下特点：·真空状态下的气体压力低于一个大气压；·真空状态下由于气体稀薄，单位体积内的气体分子数，即气体的分子密度小于大气压下的气体分子密度；·真空状态下由于分子密度的减小，因此作为组成大气组分的氧、氢等气体含量（也包括水分的含量）也将相对减少。
二、真空的测量单位：所谓真空度，就是指低压空间中气态物质的稀薄程度。
气体的压力越低，其稀薄程度越大，也就是真空度越高。
因此，低压力与高真空或高压力与低真空在含义上是完全相同的。
这一点千万不要混淆。
测量真空度大小的量是压力，它的单位很多。
下表列出的是常用的几种压力单位的换算关系。
三、真空区域的划分：根据我国所制定的国标GB3163的规定，真空区域大致划分如下：四、真空的作用：随着气态空间中气体分子密度的减小，气体的物理性质发生了明显的变化，人们就是基于气体性质的这一变化，在不同的真空状态下，应用各种不同的真空工艺，达到为生产及科学研究服务的目的。
例如，利用一面是大气，另一面是真空所造成的压力差或吸引力来作为巨大的能源；把钢水置于真空之下进行浇注或处理，借以减少钢中有害气体的含量和杂质，从而提高钢的质量；把食品或生物制品保存在真空容器里，借以减少有害气体对它侵蚀而延长保存时间；如果在低真空里进行浓缩结晶，那就可以非常方便地制取盐、糖；如果把低压环境下能使液体容易挥发的道理用于石油、化工，就可以通过“减压蒸馏”来分离某些不能在高温下操作的有机化合物。
目前，可以说，从每平方厘米表面上有上百个电子元件的超大规模集成电路的制造，到几公里长的大型加速器的运转，从民用装饰品的生产到受控核聚变、人造卫星，航天飞机的问世，都与真空工艺技术密切相关。
五、真空泵的含义：人们所接触到的真空大体上有两种：一种是宇宙空间客观存在的真空，另一种是人们利用机械、物理、化学或物理化学的方法所获得的真空。
真空技术基础知识
真空技术基础知识前言1. 真空“真空”来源于拉丁语“Vacuum ”，原意为“虚无”，但绝对真空不可达到，也不存在。
只能无限的逼近。
即使达到10-14—10-16托的极高真空，单位体积内还有330—33个分子。
在真空技术中，“真空”泛指低于该地区大气压的状态，也就是同正常的大气比，是较为稀薄的气体状态。
真空是相对概念，在“真空”下，由于气体稀薄，即单位体积内的分子数目较少，故分子之间或分子与其它质点（如电子、离子）之间的碰撞就不那么频繁，分子在一定时间内碰撞表面（例如器壁）的次数亦相对减少。
这就是“真空”最主要的特点。
利用这种特点可以研究常压不能研究的物质性质。
如热电子发射、基本粒子作用等。
2. 真空的测量单位一、用压强做测量单位真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度，作为这种量度，最直接的物理量应该是单位体积中的分子数。
但是由于分子数很难直接测量，因而历来真空度的高低通常都用气体的压强来表示。
气体的压强越低，就表示真空度越高，反之亦然。
根据气体对表面的碰撞而定义的气体的压强是表面单位面积上碰撞气体分子动量的垂直分量的时间变化率。
因此，气体作用在真空容器表面上的压强定义为单位面积上的作用力。
压强的单位有相关单位制和非相关单位制。
相关单位制的各种压强单位均根据压强的定义确定。
非相关单位制的压强单位是用液注的高度来量度。
下面介绍几种常用的压强单位。
【标准大气压】（atm ）1标准大气压=101325帕【托】（Torr ）1托=1/760标准大气压【微巴】（μba ）1μba=1达因/厘米2【帕斯卡】（Pa ）国际单位制1帕斯卡=1牛顿/m2【工程大气压】（at ）1工程大气压=1公斤力/厘米2二、用真空度百分数来测量%100760760%⨯-=P δ 式中P 的单位为托，δ为真空度百分数。
此式适用于压强高于一托时。
3. 真空区域划分有了度量真空的单位，就可以对真空度的高低程度作出定量表述。
此外，为实用上便利起见，人们还根据气体空间的物理特性、常用真空泵和真空规的有效使用范围以及真空技术应用特点这三方面的差异，定性地粗划为几个区段。
真空的基本知识
最早使用、最广泛的
纪念托里拆利
真空的 基本知识
几种压强换算关系
单位 1 Pa 帕/Pa 1 托/Torr 7.5×10-3 毫巴/mba 1×10-2 标准大气压 9.87×10-6
1 Torr
1 mba 1 atm
133.3
100 1.013×105
1
0.75 760
1.333
1 1.013×103
密度以及固体本深的性质如光洁程度、清洁度等
气体吸附：
气体吸附就是固体表面俘获气体分子的现象。 分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附靠分子间的相互吸引引起的，任何气体在固体 表面均会发生，吸附后容易脱附。 化学吸附在较高温度下发生，只有当气体与固体表面原 子接触生成化合物时才能产生吸附作用，气体不易脱附。
气体脱附
是气体吸附的逆过程。
影响因素：气体的压强、固体的温度、固体表面吸附气体的
容器中分子数很少，分子平均自由程大于一般容器的 气体分子数更少，几乎不存在分子间碰撞，此时气体分子在 线度，分子流动为分子流，分子与容器壁碰撞为主，在 固体表面上是以吸附停留为主。 此真空下蒸发材料，粒子将按直线飞行。
超高真空 <1×10气体的吸附和气体的脱附
真空的 基本知识
真空程度的表示
真空度 压强 气体分子密度、气体分子平均自由程、 形成一个分子层所需要的时间等
真空单位
法定计量单位
帕斯卡（Pascal）：Pa 托（Torr）：1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.5×10-3 Torr 旧的单位：mmHg Torr bar atm
1.316×10-3
9.87×10-4 1
真空的 基本知识
☞ 真空的划分 粗真空 1×105 to 1×102 Pa
《真空基础知识》课件
高真空
超高真空
超高真空是指在极低压力下的真空状 态，通常在10^-6Pa至10^-9Pa之间 。
高真空是指在较高压力下的真空状态 ，通常在10^-3Pa至10^-5Pa之间。
02
真空的物理性质
真空中的气体分子分布
真空环境
在真空环境中，气体分子数极低，物质处于高度纯净状态， 有利于科学研究和技术应用。
真空的度量单位
帕斯卡（Pa）
帕斯卡是国际单位制中压力的单位，也是真空度的一种度量单位。
托（Torr）
托是国际单位制中压力的单位，常用于表示真空度。
毫米汞柱（mmHg）
毫米汞柱是常用的真空度单位，常用于表示低压力下的真空度。
中需要使用高真空或超高真空环境。
02
在物理实验中，高真空可以消除空气阻力对实 验的影响，例如在研究自由落体运动、弹性碰
撞等实验中需要使用高真空。
04
在材料科学中，高真空可以用于材料制备、表面处 理等，例如在薄膜制备、晶体生长等领域中需要使
用高真空或超高真空环境。
真空在工业生产中的应用
真空在工业生产中的应用也非常 广泛，例如在机械制造、航空航 天、电子制造等领域中需要使用 真空技术。
机械真空泵
利用机械运动将气体吸入并排出，以达到抽气 的目的。
扩散泵
通过加热使气体分子热运动加速，从而实现气 体扩散。
溅射泵
利用高能粒子将气体分子打散，使气体分子从 表面逸出。
真空的测量 技术
皮拉尼真空计
利用电阻丝加热后冷却的原理，测量 真空度。
冷阴极电离真空计
利用不同气体在加热状态下热导率不 同的原理，测量真空度。
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气体的稀薄程度，通常用压力值 来表示。
流量
1）单位时间内流过泵的入口 的气体量称为泵的流量。 2）流量的单位： 压力*体积/时间，即 Pa*m3/hr 3）流量通常表示为体积/时 间，即m3/hr。我们称为体积 流量。 4）流量也可以表示为质量/ 时间，即Kg/hr。我们称为质 量流量。
同样的质量流量，其体积流量随 着压力的变化而变化。
质量流量与体积流量 的换算
体积流量（m3/hr）=质量流 量（Kg/hr）*（22.4（L/mol） /气体的摩尔质量）* （标准 大气压/体积流量对应的压力） * （体积流量对应的温度/标 准大气压对应的温度）
压力的表示方式
1）绝对压力： 气体压力的绝对值。 2）相对压力： 被抽出的气体的压力值。 3）弹簧真空表的读数： 标准单位为MPa -0.0？MPa其含义为被抽 出的气体压力为-0.0?MPa。 4）海拔高度对弹簧真空表读 数有影响。
1）什么是真空？压 的气体状态。其分子密度 小于2.5*10E19个分子/cm3 定义二： 给定空间内低于当时当地大 气压的气体状态。
真空度：气体的稀薄程度，通常 用压力值来表示。
常用的压力单位
1）mmHg 毫米汞柱 2）Torr 乇 3）Pa 帕斯卡 延伸有KPa，hPa，MPa 4）Bar 巴，延伸有mbar 5）inHg英寸汞柱 6）mmH2O毫米水柱