真空计培训教材资料
真空知识培训教材
真空理论知识培训拟制：许坤良目录：一.基础知识：二.往复式真空泵：三.旋片式油封机械真空泵：四.罗茨式真空泵：五.分子真空泵：六.油扩散泵：七.低温泵：八.真空泵流量的测量方法：九.冲洗抽气法：一.基础知识：1.真空及其度量：真空----一般是指在给定的空间内，压力低于101325Pa的气体状态。
在真空状态下，气体的稀薄程度，通常用气体的压力值来表示。
真空的主要特性-----真空状态同正常的大气状态相比较，气体较为稀薄，即单位体积内的分子数目较少，分子之间或分子与其他质点（如电子、离子）之间的碰撞几率减少，分子在单位时间内碰撞于单位表面积（如器壁）上的次数也相对减少。
分为：“自然真空”和“人为真空”人为真空---是指人们对一个容器进行抽气而获得的真空空间。
气体的稀薄程度叫真空度。
真空度可用气体压强、分子密度、平均自由程和形成一个单分子层的时间来描述，在真空科学与技术中，通常都用气体的压强来表示。
气体压强越低，真空度越高。
2.换算关系：1atm=1.01325*105Pa （1Pa=1N/m2）（760mmHg）1atm=760mmHg=760Torr（标准大气压）1Torr=133.322Pa（1Pa=7.5*10-3Torr=0.0075Torr=7.5mTorr）1bar=105Pa=750Torr 1Pa=7.5mTorr 1mbar=750mTorr3.各真空区域的物理特性及应用：低真空：1*105Pa-----1*102Pa=0.75Torr=750mTorr中真空：1*102-----1*10-1Pa=0.75mTorr高真空：1*10-1----1*10-6Pa=7.5mTorr超高真空：1*10-6---1*10-12Pa极高真空：小于10-12Torr3.1低真空（1*105Pa-----1*102Pa）在低真空状态下，气态空间的特性和常压时相比，没有明显的不同。
气体分子仍以杂乱无章的热运动为主，气体分子间的相互碰撞十分频繁。
真空技术基础和应用培训PPT教案
真空技术中的物理基础
基本定律和方程：
设计和分析真空系统的特征常用的基本定律 1. 理想气体状态方程：PV=nRT 2. 理想气体实验三定律：玻玛定律；盖吕定律和查理定律。
Байду номын сангаас
connecting tube 1 cm inner diameter 10 cm length
估计:
P(N2) in chamber 1 P(N2) in chamber 2 P(O2) in chamber 1
抽空时间计算：
d P V SP 抽气流量方程 dt
dP S P dt V P P0 e-t/τ τ V
parts（真空部件）
Outlines(概述）:
Key points (技术要点)
Practical concerns :(实用技术） 1. Surface (表面的真空特性) 2. Material (真空材料的采用）:
SUS（不锈钢）, Al alloy（铝合金）, ceramic（陶瓷）, plastic（塑料）, Baking（烘烤技术） Virtual leak（虚假漏气） Leak test （检漏技术） UHV （超高真空的获得）
Vacuum Technology-1
（真空技术之一） Concepts
（基本概念）
什么是真空？
真空：气体分子数量低于大气压状态的空 间。但不是完全空的
真空术语
本底真空度：全密封真空腔体内抽空时的气压 工作真空度：实验或工艺过程所必须的气压力 极限真空度：真空泵进气口处测量得到的气压 真空规： 测量真空中气压的仪表或者传感器
真空培训教材
真空培训教材编写:潘家荣大部分半导体设备在真空状态下工作，因此，对从事半导体设备维修的设备人员来说,了解真空尤为重要，下文主要介绍一些真空方面的知识。
一，真空的概念1，什么是真空呢？一句话，就是当容器里的气压低于标准大气压时，即为真空现象。
其标准的定义为:在标准温度和压力下,当一升容积的容器里的气体分子数少于2.7×1022个时，就产生了真空现象。
2，真空度密封容器里气体稀薄的程度。
3，真空度的几个常见单位Torr . mTorr . mbar 。
Pascals . PSI 等1ATM = 760 Torr= 14。
7 PSI= 1013 mbar1Torr = 1000 mTorr1mbar = 100 Pascals具体看下表。
4，真空区域的划分粗真空 760 ~ 10 Torr低真空 10 ～ 10—3 Torr高真空 10—3 ~ 10—8 Torr超高真空 10—8 ~ 10—12 Torr极高真空≤ 10—12 Torr5，高度与真空的关系一般认为，宇宙中的真空度为极限真空。
因此，高度与真空便有了对应关系。
50000 feet (15000米） = 100 Torr300000 feet (90000 米) = 10—3 Torr （1 mTorr）（粗真空）750000 feet (230000 米） = 10—6 Torr （高真空）2000000 feet （600000 米） = 10-8 Torr （超高真空）13000000 feet (4000000 米) ＜10—12 Torr （极高真空）二，真空在半导体工业中的应用随着半导体工业的发展，电路的集成度越来越高，线条越来越细,光刻的次数也越来越多，生产中使用的真空设备也越来越多.1，分立器件工艺，所做电路比较简单，线条一般比较宽，线间距较宽，粉尘及杂质气体对其影响较小，基本不用真空设备。
2，双极电路工艺，稍微复杂一些,线条也相对较细,线间距稍细，粉尘及杂质气体的影响开始显现，所以，关键工序都使用了真空设备。
培训系列真空测量技术基础
在高温、低温、强磁场等恶劣环境下，真空测量技术需要具备更高 的稳定性和可靠性。
智能化技术的应用
通过引入人工智能和物联网技术，可以提高真空测量技术的智能化 水平，实现远程监控、故障诊断等功能。
真空测量技术的未来展望
跨界融合
随着不同领域的交叉融合，真空测量技术将与其 它技术领域相结合，拓展应用领域。
培训系列真空测量技术基础
目录
• 真空测量技术概述 • 真空测量原理与技术 • 真空测量系统设计与应用 • 真空测量技术的发展趋势与挑战 • 实践操作与实验
01
真空测量技术概述
Chapter
真空测量技术的定义与重要性
真空测量技术的定义
真空测量技术是一种用于测量真空系统中气体压力 、成分和物理性质的技术。它涉及到多个学科领域 ，包括物理、化学、材料科学等。
真空测量系统应具备安全保护功 能，防止因超压、过流等原因对 系统造成损坏。
真空测量系统的组成与功能
用于测量气体流量， 通过测量气体流过传 感器的速度来计算流 量。
用于产生真空，通过 机械方式将气体抽出 真空腔室。
压力传感器
流量计
控制阀
真空泵
显示仪表
用于测量真空压力， 将压力信号转换为电 信号输出。
实验室设备
实验室中的各种设备，如质谱仪、 光谱仪等，需要高精度的真空度来 保势与挑 战
Chapter
真空测量技术的发展趋势
智能化
随着人工智能和物联网技术的快速发 展，真空测量技术正朝着智能化方向 发展，实现自动检测、远程监控和数 据分析等功能。
真空测量技术的重要性
真空测量技术在科学研究、工业生产和高端制造等 领域具有广泛的应用价值。例如，在电子、光学、 航空航天、核能和半导体制造等领域，真空测量技 术是保证产品质量和性能的关键手段。
真空知识及漏率及检漏培训(CSG)教材
真空泵
•*真空泵是用以产生、改善和维持真空的装置。按其工作原理，基本 上分为气体传输泵和气体捕集泵两种类型。 •由于真空应用部门所涉及的工作压强范围很宽，因此任何一种类型 的真空泵都不可能完全适用，只有根据不同的工作压强范围和不同的 工作要求，使用不同类型的真空泵。 •1) 真空泵的抽气速率（体积流率）------当泵装有标准实验罩并按 规定条件工作时，从实验罩流过的气体流量与在实验罩上指定位置测 得的平衡压强之比。S=Q/p. (m3/h, l/s) P1V1/T1=P2V2/T2 (设 T1=T2，则P1/P2=V2/V1) •2) 真空泵的 抽气量----流经泵入口的气体流量。（Pa.l/s） •3) 真空泵的极限压强----泵装有标准实验罩并按规定条件工作，在 不引入气体.正常工作的情况下趋向稳定的最低压强。抽速为零时的 压强
真空知识及漏率检查培训
CSG 2015.06 SHENZHEN
真空：什么是真空？
•真空 - 从字面上解释, 就是把一定空间内的空气全部抽 空，然而，至今为止，没有人能成功地做到这一点。根据 科学试验得出结论，最高真空也就在 10-14 torr 范围内。 这个结论是由美国纽约的一家名叫 IBM Thomas J. Watson 的研究中心，于 1976 年 10 月，在一个温度降 至华氏负269度的系统中得出的。甚至在如此低的压力环 境下，每平方厘米仍然存在成千上万的分子，同时，也测 量出空气的存在。因此，真空的定义是指低于大气压的稀 簿气体状态，通常用760 mmHg 或 1013 mbar 表示。 1958年美国真空协会定义：如果一个立方厘米内的气体分 子个数少于2.5x1019。该状态称之为“真空”。 •一个在给定的空间内的气体状态低于一个大气压就称之 为“真空”
培训系列之真空工程理论基础(PPT 150页)
压强: Torr Pa bar mmHg mmH 2O
1atm 760mmHg 760Torr 1atm 1.01325 105 pa
1Torr 133.322Pa (1Pa 7.5 103Torr)
1bar 105 Pa
1mmHg 13.6mmH2O 9.8Pa
1atm 1bar 1Torr 1mmHg 1mmH 2o 1Pa
V0 V0,mol
R 8.31Jmol 1K 1 k 1.38 1023 JK 1
▪ 2.1.2 理想气体状态方程
1.01325 105 Pa M 22.4 103 m3 / mol
PV P1V1 P0V0
T
T1
T0
273K
8.31Jmol 1K 1 M R M
20
Hale Waihona Puke 所以 PV M RT mN RT N R T NkT
11
▪ 1.3 真空技术的应用领域
▪ 真空在输运、吸引、起吊及真空造型等设备中的应用
真空输运、吸引、起吊设备具有结构简单，易于操作、维护、 运输，起吊吸引过程中无振动，生产效率高，运送易损坏物 件安全可靠，对环境无污染等特点。
吸鱼、粮食、面粉、煤粉、烟草、水泥、泥浆、纸浆、粉状 矿物的输运
水泥地板、机场及公路水泥道路的快速吸干
5
▪ 1.2 真空区域的划分及其物理特性(应用)
105 Pa 102 Pa 101 Pa 106 Pa 109 Pa 1014 Pa
1）低真空（ 105 102 Pa）
n稠密，和正常情况下无太大差别，气体分子仍以杂乱无 章的热运动为主，气体分子间的相互碰撞还十分频繁，很 难实现带电粒子的定向运动，气体流动属粘滞流态。
第四章 真空度的测量
第四章真空度的测量 (2)4.1 U型真空计 (2)4.1.1 开式U型真空计 (2)4.1.2 闭式U型真空计 (3)4.2 压缩真空计（麦克劳真空计） (4)4.2.1 工作原理 (4)4.2.2 压缩真空计的刻度 (5)4.3 热传导真空计 (6)4.3.1 热传导真空计的工作原理 (6)4.3.2 电阻真空计（皮拉尼真空计） (6)4.3.3 热偶真空计 (7)4.4 普通型热阴极电离真空计 (8)4.4.1 基本结构及工作原理 (9)4.4.2 电离计的电源 (10)4.4.3 影响电离计灵敏度的因素（以DL-2电离真空计为例） (10)4.4.4 电离真空计的标定 (11)4.4.5 电离真空计的测量范围 (12)4.4.6 电离真空计的实际应用 (14)4.5 超高真空热阴极电离真空计 (14)4.5.1 B-A规的结构及工作原理 (14)4.5.2 B-A真空计的运用 (15)4.5.3 其他超高真空电离真空计 (16)4.5.4 裸规效应 (17)4.5.5 超高真空电离计的电源 (18)4.6 低真空热阴极电离真空计 (18)4.6.1 改进措施 (18)4.6.2 规管结构 (18)4.7 冷阴极电离真空计 (19)4.7.1 放电管真空指示器 (19)4.7.2 磁控放电真空计 (21)4.8 相对真空计的校准 (22)4.8.1 静态校准法 (23)4.8.2 动态校计法 (23)4.9 小结 (24)第四章真空度的测量在上一章里介绍了各种真空泵，它们的作用是对真空系统（器件）进行抽气，而达到一定的真空度。
那么真空度究竟有多高（即压强的数值）？必须采用各种仪器直接或间接地测量真空度的高低，也就是压强的高低，即压强越高，真空度越低；压强越低，真空度越高。
真空计的种类较多，根据其工作原理可分为绝对真空计和相对真空计；前者是直接测量压强高低的真空计，如U型真空计、压缩式真空计，后者不能直接测量压强的数直，而只能测量与压强有关的物理量，再与绝对真空计相比较进行标定的真空计，如热传导真空计、电离真空计等。
第1章 真空技术基础ppt课件
式中：n — 分子密度 (个/m3)； k — 玻尔兹曼常数，1.38×10-23 J/K；
P — 气体压强 (Pa)；
T — 气体温度 (K)；
V — 气体体积 (m3)；
m — 气体质量 (kg)；
M — 气体分子量 (kg/mol)； R — 普适气体常数，R = NA·k = 8.314 J/mol·K； NA — Avogadro常数，6.02×1023 个/mol；
1.333×10-3
(1.013×105/760) (1.013/760)
atm
1.316×10-3
(1/760)
PSI 1.9337×10-2
7.501×10-3
(760/1.013×105)
7.501×102
105
10-5
9.869×10-6 1.4504×10-4
(1/1.013×105)
9.869×10-1 1.4504×101
P nkT n P Avogadro定律：
kT
一定温度、压力下，各种气体单位体积内含有的分子数相同。
4）气体分子的自由程（）：每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程。
平均自由程（ ）：气体分子自由程的统计平均值。
1 kT 2π 2n 2π 2P
表明：
1） 与P成反比，而与 T 成正比；
国际单位制（MKS制，即SI制） 1 Pa＝1 N / m2
主要单位制
厘米克秒制（CGS 制） 1 bar＝106
英制（FPS制） 1
PSI ＝1
lbf
/ in
2
dyne/cm 2
毫末汞柱制（mmHg 制）1 torr＝1 mmHg ＝1/ 760 atm
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9
皮拉尼规 PSG ---维护 1. 清洗规管
1
220ຫໍສະໝຸດ BPG400: 测量2.4x10-2 mbar ~~1000 mbar 皮拉尼工作 5.5x10-3 mbar ~~2.4x10-2 mbar 熱电离规与皮拉尼规共
同工作
5.5x10-3 mbar 以下熱电离规工作，皮拉尼保护 3.2x10-2 mbar 熱电离灯丝因保护关闭
23
复合规BPG------维护 满量程调整处
25
BPG400: 维护
除气
除气只能在压力低于 7.2E-6 mbar 以下进行 除气主要目的是清除灯丝污染 除气时收集极温度700度,除气功率4W,16mA 除气时显示值偏大 除气3分钟自动结束 除气可通过接口，或由连接的显示仪表激活
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复合规BPG------常见故障
故障信息
可能原因
电气连接口
FCC68 接线: 针1 电源14~32 V 针2 电源地 针3 测量信号输出 针5 信号地 针6,8 触点输出
7
皮拉尼规 PSG ---信号输出
1 输出电压范围:0-10.0V； 2 测量信号范围：1.9-10.0V； 3 灯丝故障：<0.5V； 4 输出电压与压力的关系式:(对数输出 1.286V/量级)
清洗步骤: 1 移开灯丝部分的挡板 2 加入酒精,浸泡5 分钟 3 倒出酒精,放至干燥 4 安装挡板 5 连接开机调整零点
灯丝部分可清洗
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皮拉尼规 PSG ---维护 规管调整
调满 量程 Atm
调零 HV
调整方法: 1 安装规管成正常使用状态 2 排空至压力<10-4 mbar 3 调整电位器HV ,使规管
调满量程
1 大气压下规管通电至 少10分钟 2 用工具插入<FULL SCALE>,按 下至少5秒 种 3 规管自动完成调整
1
24
2
复合规BPG------维护
皮拉尼零点调整
原理上讲，当压力低于1E-3mbar时，规管自动调整零点，调整值每六小时自动存储。
调零点
1 在压力《1x10-4mbar下规管 通电至少10分钟 2 用工具插入<FULL SCALE>,按 下至少2秒种 3 规管2分钟后自动完成调整
7
20
BPG400: 电气连接
注意：第五脚必须与屏蔽壳连接与地连接
21
复合规BPG------信号输出
1 输出电压范围:0-10V； 2 测量信号输出范围0.774—10V； 3 输出0.3V=热阴极故障 4 输出0.5V= 皮拉尼故障 5 输出电压与压力的关系式:(对数输出)
P= 10 (U-7.75)/0.75+C P:实际压力; U :输出电压; C:常数 mbar :0 pa: 2 Torr : -0.125 例如:BPG的输出信号为4.00 V, 那么实际压力为P= 10 (4-0)/0.75+0 =1x10-5 mbar
带中心环的O-圈
带中心环及过滤网的O-圈
14
PSG: 备件
15
电离- 皮拉尼复合规
复合规型号：
BPG400（B-A 规+皮拉尼 ）
HPG400 （热规+皮拉尼）
BCG450 （热规+皮拉尼+ 薄膜规）
BPG402 (开发中）
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3
熱电离规原理
Richardson 效应: 高温灯丝发射电子，高能量电子撞击气体分子 使其电离，离子流的大小与气体压力成比例关系.
3 其它故障或无法解决,请与维修部门联系
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PSG: 灯丝检查
检查灯丝阻值
PSG400 (2 wires)
51 Ohm +/- 5%
51 Ohm +/- 5%
PSG100/101 (1 wire)
PSG100: 87 Ohm +/- 5%
PSG101: 50 Ohm +/- 5%
13
PSG: 污染防护
3
皮拉尼规 PSG
皮拉尼规型号： PSG400/S PSG050 PSG500 PSG100/101 PCG400（复合规）
3
皮拉尼规管工作原理 皮拉尼: 热丝的能量损失与热丝周围的气体浓度及气 体成分成比例关系.
5
皮拉尼规管工作原理
Heat transport through the gas:
HeaPtrtersasnusrep-odretptehnrdoeungth(Htohwe mgaasn:y) GPraess-tsyupere-d-depeepnednednetn(sti(zHe)ow many)
6
皮拉尼规管工作原理
气体的热传导，与下列提条件有关: 气体类型 压力大小
7
皮拉尼规 PSG ---电气连接
输出5X10-4 mbar 或1.55V 4 放气至大气压,等2分钟; 5 调整电位器Atm ,使规管输
出1X10+3 mbar 或10.00V
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皮拉尼规 PSG ---维修
常见故障:
1 输出信号< 0.5V 可能原因: 无电源 需要调整 灯丝故障
2 真空测量不准确 可能原因: 零点漂移,需调整 灯丝污染,需清洗
真空测量仪器培训
培训目的： 了解常用规管的工作原理 知道如何选择合适的规管 真空规管的故障诊断 真空规管的清洗维护 真空规管的调整校准 备件订购
2
内容 皮拉尼规 (PSG and PCG) 熱电离规 (BPG400, BCG450, HPG400) 冷电离规 (PEG) 显示器（VGC40X）
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电离原理
电子撞击气体分子，气体分子的一个或多个电子被撞击出去，形 成带正电的离子
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BPG & BCG 规管
阳极 离子收集极 阴极
薄膜规
双皮拉尼
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复合规BPG------电气连接
D-Sub 电气连接口
电气连接： 针2 测量信号输出 针5 电源地 针7 除气 针8 24V电源 针11 18~26V电源 针12 信号地 针13 RS232C TXD 针14 RS232C RXD 针15 接外壳接地
解决方法
输出信号小于0.2 V 或 电源没有接入规管或 1)关机再开机
一直小于0.29V
接触不良
2)检查连线及电源