真空的获得与测量

【实验装置】 FB7008A 型多功能微波等离子体装置(内置机械泵组,热偶真空计,电离真空 计)。
【实验步骤】 （1） FB7008A 实验装置设计了缺水保护装置,冷却系统缺水时，实验装置除 总电源开关，其他系统是无法启动的,这- -措施保证了仪器的使用安全。当首次 使用本仪器时，必须把冷却水水箱里加满冷却水。加水方法是:把小型专用潜水泵 放到盛水的容器里,水泵的出水皮管放到冷却水箱里,水泵的电源插头插到机箱内 的专用电源插座上,闭合仪器的电源总开关,潜水泵即开始工作,把水加入水箱中, 当水位到达目标位时,水箱浮子使水泵专用电源插座自动断电,水位指示灯亮。这 时候,再按下专用电源旁的按钮 5s 钟,再补充--些管路中需填充的冷却水。确保水 位符合要求。撤去潜水泵,盖好水箱盖子。接着可按下冷却键,3 min 后,制冷系统 自动开始工作。 （2） 检查确认真空气路的连接是否正常,确认气路连接正常后,进行下一步 操作。
表格 3 常用真空计和测量范围
真空计
测量范围/Pa
U 型汞压力计
101.325×103～133.322×10-1
油压力计
133.322×102～133.322×10-2
压缩真空计（麦氏真空计）
133.322×10-1～133.322×10-6
热偶规
133.322×10-1～133.322×10-3
（3） 按顺序依次打开总电源→冷却水→真空泵,机械泵开始抽本底真空。抽 气 5 min 后，打开热偶真空计,读取被抽容器的真空度并记录数据,每隔 30s 记录 一次数据;随着时间的增加,真空度变化越来越慢,可以适当延长两次数据记录的 时间间隔直至真空度达到 0.1kPa。
（4） 打开电离真空计,读取被抽容器的真空度并记录数据,每隔 30 s 记录 一次数据;随着时间的增加,真空度变化越来越慢,可以适当延长两次数据记录的 时间间隔直至真空度不再变化。
电离规
133.322×10-3～666.61×10-10
近代物理实验中真空的测量采用数显式电离真空计和热偶真空计联合作用, 用于测量本底真空和工作时的工作气压。
热偶真空计也叫热偶规,通常用来测量低真空,可测范围为 10~10-1Pa.它是利 用低压下气体的热传导与压强成正比的特点制成的。电离真空计也叫电离规,是根 据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的,测量范围为 101~10-6Pa。使用时特别注意,当压强高于 10-1Pa 或系统突然漏气时,电离真空计中的 灯丝会因高温很快被氧化烧毁.因此必须在真空度达到 10-1Pa 以上时,才能开始使 用电离真空计。为了使用方便,常把热偶真空计和电离真空计组合成复合真空计。
1
1.333
1mbar
100
0.75
1
1atm
1．013×105
760
1.013×103
标准大气压 9.87×10-6 1.316×10-3 9.87×10-4
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.
Hale Waihona Puke 表格 2 真空区域划分真空区域 粗真空
低真空 高真空
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
1Pa
1
7.5×10-3
1×10-2
1Torr
133.3
超高真空
极高真空
范围 （Pa）
105～103
103～10-1 10-1～10-6
10-6～10-12
<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 泵。定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气 图 1 旋片式机械泵机构图和外形示意图 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。
【思考题】 1. 容器抽真空的时间与什么有关? 2. 为什么测量真空度时要先打开热偶真空计?先打开电离真空计可能会出现 什么结果? 3. 本次实验容器达到的真空度属于什么真空范围？
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
（5） 停止真空度测量,按以下顺序关闭实验装置:先关闭机械泵;再关闭冷 却水电源开关;关闭总电源开关。打开被抽容器的手动放气阀。
【注意事项】 旋片式机械泵可在大气压下启动正常工作，使用时必须注意以下几点: (1)启动前先检查油槽中的油液面是否达到规定的要求，机械泵转子转动方向 与泵的规定方向是否符合(否则会把泵油压人真空系统)。 (2)机械泵停止工作时要立即让进气口与大气相通,以清除泵内外的压差,防 止大气通过缝隙把泵内的油缓缓地从进气口倒压进被抽容器(“回油”现象)。这一 操作一般都由与机械泵进气口，上的电磁阀来完成，当泵停止工作时,电磁阀自动 使泵的抽气口与真空系统隔绝,并使泵的抽气口接通大气。 (3)泵不宜长时间抽大气,否则因长时间大负荷工作会使泵体和电动机受损。