Глубокий вакуум – Степени вакуума, высокий вакуум, сверхвысокий вакуум

Степени вакуума, высокий вакуум, сверхвысокий вакуум

Величина давления системы — это традиционная характеристика для классификации степеней вакуума. В настоящее время общий термин «вакуум» относится к любой области, имеющей давление в диапазоне от атмосферного до давления, на 19 порядков ниже атмосферного. Для удобства этот расширенный диапазон давлений подразделяется на несколько интервалов, обозначающих степень вакуума. Данное подразделение величин давления ниже атмосферного является несколько произвольным и представляет собой удобный способ обозначения различных физических явлений, возникающих в пределах величин давления, указанных для каждой степени. Многие промышленные виды применения вакуума могут быть также классифицированы в соответствии со степенью вакуума. В табл. 2 представлены виды промышленного применения вакуума и соответствующие им диапазоны давлений.

Таблица 2. Виды промышленного применения вакуума

Степень вакуума	Цель	Виды применения
Низкий вакуум	Достижение перепада давления	Установки получения низкого вакуума в медецине, удерживание и поднятие грузов, пневматические приводы транспортных машин, очистители, филь­ трация, формование
Средний вакуум	Удаление активных газов — компонентов атмосферы	Лампы (накаливания, люминесцентные, электро- разрядные), плавление, спекание, упаковка, инкап­ суляция, обнаружение течей
	Удаление газовых включений или газов, растворенных в твердых телах	Сушка, дегидратация, конденсация, сушка вымора­ живанием, дегазация, лиофильная сушка, импрегна­ ция
	Уменьшение передачи энергии	Тепловая изоляция, электрическая изоляция, ваку­ умный микробаланс, моделирование условий кос­ мического пространства
Высокий вакуум	Исключение столкновения молекул	Электронные и катодно-лучевые трубки, кинеско­ пы, фотоэлементы, фотоумножители, рентгеновс­ кие трубки, ускорители, накопители, масс-спектро­ метры, установки для разделения изотопов, элект­ ронные микроскопы, сварка электронным лучом, нанесение покрытий (испарением, металлизация напылением), молекулярная дистилляция
Сверхвысокий вакуум	Очистка поверхностей	Дробление, адгезия, эмиссионные исследования, испытания материалов для применения в космичес­ кой промышленности

Для рассмотрения физических явлений, связанных с различными степенями вакуума, указанными в табл. 1.2, будет полезно ввести другие понятия, характеризующие степень вакуума: молекулярная концентрация, средняя длина свободного пути молекул газа и время формирования мономолекулярного слоя. Эти термины имеют следующие определения:

1. Молекулярная концентрация — среднее число молекул газа в единице объема;
2. Средняя длина свободного пути молекул газа — среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами;
3. Время формирования мономолекулярного слоя — время, которое необходимо для того, чтобы чистая поверхность покрылась слоем газа толщиной в одну молекулу. Это время определяется отношением числа молекул, необходимым для формирования компактного мономолекулярного слоя (приблизительно 8 x 10 ¹⁴ молекул/см²), и частотой соударений молекул с поверхностью.

На рис. 1.1 показано соотношение между этими величинами в виде функции давления. С помощью приведенных выше определений можно описать физические процессы, характеризующие различные степени вакуума.

Рис 1. Функция Максвелла-Больцмана распределения молекул по скоростям

Низкий и средний вакуум

В диапазоне низкого и среднего вакуума число молекул газа в вакуумном сосуде велико по сравнению с числом молекул, покрывающих поверхность сосуда. Таким образом, снижение давления путем откачки служит для удаления молекул из газовой фазы. Данный диапазон вакуума находится в пределах величин давления от 1 атм до примерно 10

-2 Торр. Вакуум такой степени используется во многих промышленных технологиях, где требуется дегазация или сушка материалов и компонентов.

1. Функция Максвелла-Больцмана распределения молекул по скоростям

$$\int _{v}=\frac{1}{n}\frac{dn}{dn}=\frac{4}{\pi ^{\frac{1}{2}}}\left ( \frac{m}{2kT} \right ).$$

2. Наиболее вероятная скорость

$$v_{p}=\sqrt{\frac{2kT}{m}}.$$

3. Среднеарифметическая скорость

$$\bar{v}=\sqrt{\frac{8kT}{\pi m}}==1.13v_{p}.$$

4. Среднеквадратичная скорость

$$v_{max}=\sqrt{\frac{3kT}{m}}=1.225vv_{p}.$$

5. Средняя энергия

$$\bar{e}=\frac{3}{2}kT.$$

Высокий вакуум

Область высокого вакуума соответствует состоянию, при котором молекулы газа располагаются главным образом на поверхностях сосуда и средняя длина свободного пути молекул равна или превышает размеры вакуумного сосуда. Молекулы движутся в вакуумном сосуде, не сталкиваясь с другими молекулами. При такой степени вакуума цель откачки заключается в удалении отдельных молекул. Молекулы покидают поверхность и по отдельности достигают насоса. Высокий вакуум широко используется для нанесения вакуумных покрытий, обработки поверхностей и модификации. Диапазон давлений высокого вакуума составляет от 10^-3до 10^-7 Торр.

Сверхвысокий вакуум

В условиях сверхвысокого вакуума время формирования мономолекулярного слоя равно или превышает время формирования мономолекулярного слоя в обычных лабораторных условиях. Таким образом, можно производить подготовку и определение свойств чистых поверхностей перед формированием слоя адсорбированного газа. Диапазон давлений сверхвысокого вакуума составляет от 10^-7 до 10^-15 Торр.
В табл. 2 приведены различные виды применения вакуумной техники во многих ключевых промышленных технологических процессах в зависимости от степени используемого вакуума.

vacuumpro.ru

Глубокий вакуум

Для достижения глубокого вакуума, например порядка 10-6 мм рт. ст., используют так называемые диффузионные насосы. Различают два основных типа диффузионных насосов: ртутные и масляные. Они бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми, чаще всего двухступенчатыми. Принцип устройства обоих типов практически одинаков.

На рис. 315 показана схема стеклянного диффузионного ртутного насоса. Он состоит из резервуара 1 с ртутью, соединенного с холодильником 2. Ртуть доводят до кипения нагреванием газовой горелкой или электропечью. Пары ртути поднимаются по трубке 3, поступают в холодильник, в котором конденсируются и возвращаются в резервуар / по трубке 4. Принцип действия насоса основан на том, что вследствие частичной конденсации паров ртути внутри холодильника вблизи конца трубки 5 давление паров ртути (или иной жидкости) оказывается пониженным. Поэтому газ, находящийся в трубке 6, диффундирует в область с пониженным давлением и затем трубке 7 уносится к форвакуумной части установки

При сравнительно большом давлении в установке пары ртути, выходящие из трубки 5, сталкиваясь с молекулами газа, находящимися около конца этой трубки, отражаются по всем направлениям. Газ, находящийся в Трубке 6, при этом диффундирует во встречный поток паров ртути, еще не успевшей сконденсироваться. Применять диффузионный ртутный насос в таких случаях не следует.

Рис. 315. Стеклянный ртутный диффузионный насос

При работе диффузонного насоса необходимо очень внимательно следить за правильным охлаждением конденсационной части. Подавать воду в холодильник следует до начала нагревания печи под резервуаром со ртутью и отключать после прекращения кипения ртути. Однако включать обогрев насоса следует только после того, как форвакуум уже будет создан.

При любом нарушении работы установки следует немедленно выключить нагревание ртутного насоса и до его полного охлаждения ничего не предпринимать для исправления ошибки или аварии. Причинами аварии могут быть: перегрев холодильника в результате остановки или замедления поступления воды, поломка холодильника вследствие усиления тока воды через горячий прибор. Если давление в установке повысится, кипение ртути прекратится, а ее температура начнет подниматься. Авария может произойти и при внезапном вскипании перегретой ртути.

Для получения вакуума порядка 10-6 мм рт. ст. необходимо установить последовательно два одноступенчатых насоса или один двухступенчатый.

На рис. 316 показан двухступенчатый масляный высоковакуумный диффузионный насос с внутренним электрообогревом. Масла в него следует заливать не более 60—70 см3. Нужно следить за тем, чтобы нагревательная спираль была полностью покрыта диффузионным минеральным слоем толщиной до 2 мм. Избыток масла может препятствовать нормальному ходу работы, так как вызывает задержку кипения. Примерно после 15-минутного разогревания, диффузионный насос начинает работать. Если требуется; отключить насос, сперва отключают электронагрев, дают маслу остыть приблизительно до 400C и лишь тогда’ выключают охлаждение и проветривают насос.

Диффузионное масло нужно время от времени заменять свежим. О пригодности диффузионного масла можно судить по его окраске: сильно окрашенное масло для работы непригодно.

Рис. 316. Стеклянный высоковакуумный масляный двухступенчатый диффузионный насос.

 

После удаления масла из прибора внутреннюю часть насоса промывают четыреххлористым углеродом. Перед наполнением насоса маслом все остатки растворителя должны быть полностью удалены.

 

К оглавлению

 

 

см.также

1. Обычный вакуум
2. Средний вакуум
3. Глубокий вакуум

 

 

www.himikatus.ru

Высокий вакуум Википедия

Насос для демонстрации вакуума Запрос «Абсолютная пустота» перенаправляется сюда; о книге Станислава Лема см. Абсолютная пустота (книга). У этого термина существуют и другие значения, см. Вакуум (значения).

Ва́куум (от лат. vacuus — пустой) — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, состоящую из газа при давлении значительно ниже атмосферного^[1]. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (λ/d≪1{\displaystyle \lambda /d\ll 1}), средний (λ/d∼1{\displaystyle \lambda /d\sim 1}) и высокий (λ/d≫1{\displaystyle \lambda /d\gg 1}) вакуум.

Содержание

• 1 Технический вакуум
• 2 Физический вакуум
  • 2.1 Ложный вакуум
  • 2.2 Эйнштейновский вакуум
• 3 Космическое пространство
• 4 История изучения вакуума
• 5 Влияние на людей и животных
• 6 Измерение
• 7 Применение
  • 7.1 Управляемые вакуумом машины
  • 7.2 Дегазация
  • 7.3 Откачка и атмосферное давление
• 8 См. также
• 9 Примечания
• 10 Литература

Технический вакуум[ | ]

Эта статья или раздел нуждается в переработке.

ru-wiki.ru

Глубокий вакуум — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Глубокий вакуум

Cтраница 1

Глубокий вакуум, свойственный для космических аппаратов, может вызвать сублимацию металлических и неметаллических, материалов, испарение смазки, ухудшение теплопередачи. Помимо этого глубокий вакуум приводит к ухудшению трения и свариванию контактирующих поверхностей на поверхностях диэлектриков накапливаются электрические заряды, что приводит к усилению поверхностных токов утечки.  [1]

Глубокий вакуум в камере поддерживается цельнометаллической вакуумной установкой, состоящей из парортутного насоса 15, механического масляного насоса ВН-494 и ловушки 14 для вымораживания ртутных паров.  [2]

Глубокий вакуум в конденсаторах приводит к проникновению в них окружающего воздуха. Если на входе в конденсатор весовое содержание воздуха в паровоздушной смеси составляет 0 005 — 0 05 %, то на выходе из него это содержание достигает 25 — 80 %, возрастая в 1 — 5 тысяч раз. Между тем присутствие в паре некон-дирующихся газов чрезвычайно резко влияет в сторону снижения на коэффициент теплоотдачи.  [3]

Глубокий вакуум

может воздействовать на антенные устройства, изоляторы, проводники, оптические элементы РЭА, расположенные на внешней поверхности космического объекта, а также на те узлы и блоки РЭА, которые расположены в негерметизированных отсеках.  [4]

Такой глубокий вакуум получается сочетанием насосов предварительного вакуума ( форвакуумных) с высоковакуумными.  [5]

Применение глубокого вакуума позволяет снижать температуру кипения высококипящих фракций на 150 — 200 С и перегонять их без разложения.  [6]

Наличие глубокого вакуума — разреженного газа — сильно влияет на условия прохождения электрического тока, так как пониженное давление в сосуде обеспечивает свободу перемещения электронов и накопление ими энергии для ионизации атомов паров ртути при незначительном падении напряжения. При самостоятельном разряде под воздействием сильного электростатического поля происходит выход электронов из ртути, следовательно, энергия для эмиссии электронов получается из самого разряда в отличие от других приборов, в которых для получения эмиссии электронов требуется посторонний источник тока для накала катода.  [7]

Действие глубокого вакуума способствует испарению металла. Приемлемыми металлами для использования в вакууме являются кобальт, никель, ниобий, тантал, молибден и вольфрам. Если нарушается термодинамическое равновесие металла с газовой фазой, то и на границе возникают процессы либо конденсации из паровой фазы, либо сублимация.  [9]

Наличие глубокого вакуума в сочетании с малой скоростью кристаллизации позволяет сочетать в одном агрегате все достоинства вакуумной металлургии с так называемой зонной очисткой металла.  [10]

Применение глубокого вакуума позволяет снижать температуру кипения высококипящих фракций нефти на 150 — 200 и перегонять их без разложения.  [11]

Причиной недостаточно глубокого вакуума также могут быть неплотности предохранительных клапанов регулируемых отборов пара.  [12]

Благодаря достаточно глубокому вакууму ( остаточное давление наверху колонны 60 — 80 мм рт. ст.) и вводу в колонну перегретого водяного пара, температура в ее нижней части составляет только 380 еС, в верхней части 220 С. Поэтому, а также вследствие кратковременного пребывания масляных фракций в зоне нагрева обеспечивается высокое качество получаемых из них масел.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Понятие Вакуум

« Назад

Вакуумом (от лат. Vacuum — пустота) называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественной характеристикой  вакуума служит абсолютное давление. Вакууму обычно соответствует область давления ниже атмосферного.

Вакуумная техника — прикладная наука, изучающая проблемы получения и поддержания вакуума, проведения вакуумных измерений, а также вопросы разработки и применения вакуумных систем и их функциональных элементов. Разреженные газы по своим свойствам практически не отличаются от идеальных. В технике вакуум создают с помощью вакуумных насосов различных принципов действия.

Интенсивность протекания  физико-химических процессов в вакууме зависит от соотношения между числом столкновений молекул газа со стенками ограничивающего его сосуда и числом взаимных столкновений молекул, характеризующимся отношением средней длины   λ   свободного пути молекул к характерному  (определяющему) линейному размеру Lсосуда; это отношение, называемое числом Кнуднеса — Kn, положено в основу условного разделения областей вакуума на следующие диапазоны: низкий, средний, высокий и сверхвысокий.

Степень вакуума в откачиваемых сосудах определяется равновесным давлением, устанавливающимся под действием противоположных процессов: откачки газа насосом и поступления газа в рабочий объем вследствие натекания чрез неплотности, а также технологического газовыделения.

Низкий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул газа значительно меньше определяющего линейного размера сосуда, существенного для рассматриваемого процесса 

(λ << L). Низкому вакууму обычно соответствует область давления 10⁵…100 Па.

Средний вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул соизмерима с характерным линейным размером (λ ≈ L). Среднему вакууму, как правило, отвечает область давления 100…0,1 Па.

Высокий вакуум определяется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный линейный размер (λ >> L). Высокому вакууму обычно соответствует область давления 0,1…10^-5 Па.

Сверхвысокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа, за время, существенное для рабочего процесса. Сверхвысокого вакуума, как правило, свойственна область давления <10^-5 Па.

« Назад

megatechnika.com

Вакуум глубокий — Справочник химика 21

    Металлические и металлоподобные соединения. Порошки титана, циркония и гафния поглощают водород, кислород и азот. При этом растворенные неметаллы переходят в атомарное состояние и принимают участие в образовании химической связи. Наряду с сильно делокализованной (металлической) возникает локализованная (ковалентная) связь. Благодаря этому система приобретает повышенную твердость и хрупкость. Способность Т1, Zг и Н1 поглощать газы используется для получения глубокого вакуума, удаления газов из сплав эв и т. д. [c.531]
    Обезвреживание солесодержащих сточных вод, количество которых на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях составляет 5—10%, вызывает наибольшие технические и экономические трудности. Электродиализ, обратный осмос, ионный обмен пока применяют только для извлечения отдельных видов специфических загрязнений и глубокой доочистки сточных вод с умеренным содержанием солей. Упаривание иод вакуумом используют в основном для опреснения морской воды. При обессоливании сточных вод оборудование работает в более тялопреснении морской воды, так как упаривание надо доводить до 90—95% по сравнению с 40—50% при опреснении морской воды. Обезвреживание сточных вод проводят в два этапа на первом их упаривают под вакуумом до концентрации солей около 30 г/л (кратность упаривания примерно 12), на второй упаривают рассол с помощью аппаратов погружного горения до концентрации 250 г/л. После лого рассол обезвоживают в аппаратах кипящего слоя до остаточной влажности 2%. Водные конденсаты используют для подпитки котлов ТЭЦ, соли подвергают захоронению. [c.109]

    Однократная перегонка мазута проводится обычно в вакууме при нагреве мазута в трубчатых печах до температуры ниже температуры начала термического разложения тяжелых фракций с последующим движением парожидкостной смеси в трансферном трубопроводе и сепарации образовавшихся фаз в разделителе или в секции питания вакуумной колонны. При перегонке в глубоком вакууме потери напора в трансферном трубопроводе становятся соизмеримыми с давлением в разделителе, и перепад температур в трансферном трубопроводе достигает 20—30 °С. В связи с этим простую вакуумную перегонку мазута следует рассматривать как процесс изоэнтальпийного расширения смеси при дросселировании. При этом расчет температуры и доли отгона мазута на входе в фазный разделитель необходимо проводить одновременно с гидравлическим расчетом трансферного трубопровода. Кроме того, следует учитывать, что на входе в фазный разделитель не достигается состояние равновесия из-за малого времени пребывания парожидкостной смеси в трансферном трубопроводе и большего объема паров по сравнению с жидкостью. [c.74]

    Схемы с барометрическим конденсатором (схемы а, б а в) наиболее распространены в промышленности. Они обеспечивают достаточно глубокий вакуум за счет низкого сопротивления и высокой эффектив ности теплообмена в барометрическом конденсаторе смешения. В то же время при непосредственном смешении нефтепродуктов и охлаждающей воды последняя загрязняется сероводородом и в результате многократного перемешивания создается довольно стойкая эмульсия, затрудняющая очистку воды и загрязняющая водный бассейн. Устройство оборотной системы водоснабжения в барометрическом конденсаторе уменьшает загрязнение водоемов, однако при этом повышается температура охлаждающей воды и затрачивается немало средств на сооружение отдельной системы водоснабжения. [c.199]

    При варианте двукратного испарения по остатку применяют независимые вакуумные системы в каждой ступени с поддержанием более глубокого вакуума во второй. Эта схема позволяет увеличить флегмовые числа в колоннах за счет уменьшения расхода паров во второй ступени примерно в 1,5—3 раза. По такой схеме получаются масляные фракции лучшего качества при меньшей себестоимости процесса очистки масел [61]. Улучшение ачества разделения масляных фракций по схеме двукратного испарения по остатку с пониженным давлением во второй ступени иллюстрируется следующими данными [62]  [c.187]

    Постепенное испарение с водяным паром применяют для отгонки небольшой массы растворителя от практически нелетучих масляных фракций. Однократное испарение с водяным паром применяют в процессе первичной перегонки нефти, а простую перегонку в вакууме —при разделении мазута. Для разделения тяжелых остатков широко используют также однократную перегонку в вакууме с водяным паром. Сочетание глубокого вакуума с водяным паром значительно понижает температуру перегонки и позволяет тем самым вести процесс при почти полном отсутствии разложения углеводородов с получением при этом большого отгона масляных фракций. [c.56]

    Неорганические смазки — это продукт загущения жидких масел (минеральных или синтетических) неорганическими материалами. Неорганические смазки вероятно будут перспективными для таких условий работы, в которых мыльные, а тем более углеводородные работать не могут, т. е. при температурах 400—500° С и выше, в глубоком вакууме, в агрессивной среде и т. п. [c.190]

    Машины и аппараты химического производства обычно работают в тяжелых условиях, подвергаются действию высоких температур и кор-, розии и содержат ядовитые, горючие и взрывоопасные вещества, поэтому при их расчете применяют запасы прочности более высокие, чем в общем машиностроении. В некоторых случаях решающий фактор — жесткость конструкции. Повышенную жесткость, например, должны иметь аппараты, защищенные футеровкой или кислотостойкой эмалью. Практически ко всем аппаратам химического производства и машинам предъявляются требования по части герметичности, но особенно высоки эти требования при работе с сильнодействующими ядовитыми и летучими веществами, а также для аппаратов, работающих под глубоким вакуумом. Герметичности достигают за счет повышенных требований к качеству сварных швов, уменьшения числа разъемных соединений и улучшения их плотности. Наиболее трудно уплотнить подвижные соединения, например вращающиеся валы или штоки компрессоров. [c.11]

www.chem21.info

Как достичь высокого вакуума

Как получить высокий вакуум

Методы получения высокого вакуума

Лабораторная работа по курсу: Вакуумная электроника

Составители: А.С. Батурин, И.Н. Ескин, С.Г. Кузьменко, Н.Н. Чадаев, Е.П. Шешин Московский физико-технический институт

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

В процессе выполнения работы студент должен

• изучить на практике работу форвакуумного и диффузионного насосов,
• изучить работу и научиться пользоваться термопарным и ионизационным вакуумметрами,
• освоить методы откачки стеклянных вакуумных систем до высокого вакуума,
• освоить методы обезгаживания вакуумных приборов,
• освоить методики расчета вакуумных систем.

 

II. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Вакуумная система

Принципиальная схема лабораторной вакуумной установки с масляными средствами откачки и стеклянными трубопроводами представлена на рис. 1. Предварительная откачка системы проводится механическим вращательным пластинчато-статорным насосом (1) типа ВН-461М. Принцип функционирования механических форвакуумных насосов описан в главе 2 пособия [1]. Вход форвакуумного насоса (1) через компенсатор вибраций, выполненный в виде шланга из вакуумной резины, и стеклянный трубопровод подключен к трехходовому крану (2).
Подробно устройство трехходового крана показано на рис. 2. Трехходовой кран состоит из притертых друг к другу корпуса и полой пробки с отверстием. Для герметичности трехходовой кран уплотнен вакуумной смазкой. Трехходовой кран имеет три положения: положение «1» предназначено для запуска форвакуумного насоса; положение «2» позволяет проводить откачку вакуумной системы; а положение «3»  предназначено для напуска воздуха в форвакуумный насос после его остановки.

Рис. 1. Принципиальная схема вакуумной установки:

1 — форвакуумный насос,
2 — трехходовой кран,
3 — форвакуумный баллон,
4 — диффузионный насос,
5 — азотная ловушка,
6 — термопарный вакуумметр,
7 — ионизационный вакуумметр,
8 — откачиваемый прибор (вакуумная камера)

Рис. 2. Функционирование трехходового крана:
положение «1» — запуск форвакуумного насоса,
положение «2» — откачка вакуумной системы,
положение «3» — напуск воздуха в форвакуумный насос

Форвакуумный насос (поз. 1 рис. 1) позволяет откачать вакуумную систему до давления 10‑2 торр. При давлении 10‑1 торр становится возможен запуск высоковакуумного насоса (поз. 4 рис. 1). В качестве высоковакуумного насоса использован пароструйный диффузионный насос ЦВЛ–100 с водяным охлаждением. Принцип функционирования такого насоса описан в главе 2 пособия [1]. Предельное остаточное давление высоковакуумного насоса составляет 10‑5…10‑6 торр. Пример такого насоса приведен на рис. 4. Для обеспечения функционирования диффузионного насоса во время отключения форвакуумного насоса используется форвакуумный баллон (поз. 3 рис. 1) объемом примерно 3 литра, расположенный на выходе диффузионного насоса, и позволяющий диффузионному насосу работать в течение 15 минут после перекрывания трехходового крана и отключения форвакуумного насоса.

Рис. 3. Форвакуумный механический пластинчато-статорный насос [2]: 1 — корпус, 2 — ротор, 3 — выпускной патрубок, 4 — пластина, 5 — пружина, 6 — входной патрубок	Рис. 4. Многоступенчатый пароструйный насос [2]: 1 — первая диффузионная ступень, 2 — вторая диффузионная ступень, 3 — эжекторная ступень

Снижение количества паров масла, поступающих в откачиваемый объем из диффузионного насоса, достигается использованием азотной ловушки шарового типа (поз. 5 рис. 1). Устройство ловушки показано на рис. 5.

Рис. 5. Азотная ловушка

Для измерения вакуума на выходе из откачиваемого прибора (поз. 8 рис. 1) в системе предусмотрены термопарный вакуумметр (поз. 6 рис. 1) и ионизационный вакуумметр (поз. 7 рис. 1). В термопарном вакуумметре используется датчик типа ПМТ‑2, который позволяет измерять давления в диапазоне от 5 до 1×10‑3 торр. В ионизационном вакуумметре используется датчик типа ПМИ‑2, который позволяет измерять давление в диапазоне от 1×10‑3 до 5×10‑8 торр.

Рис. 6. Устройство термопарного манометрического преобразователя ПМТ‑2 [3]: 1 — термопара, 2 — нить накала, 3 — стеклянный баллон	Рис. 7. Устройство ионизационного манометричекого преобразователя ПМИ-2 [3]: 1 — катод, 2 — анод, 3 — коллектор

Питание датчиков и измерение давления производится с помощью прибора ВИТ-1А. Передняя панель ВИТ-1А показана на рисунке 8. Принцип работы термопарного и ионизационного вакуумметров подробно рассмотрен в главе 3 пособия [1].

 

Рис. 8. Схема расположения органов управления вакуумметра ВИТ‑1А

 

Откачиваемый прибор

В качестве экспериментального прибора для откачки используется стандартная лампа ионизационного вакуумметра ПМИ-2 (рис. 9). Лампа состоит из стеклянного корпуса (3), изготовленного из молибденового стекла, коллектора (4), изготовленного из никеля, спирального анода (5) и V-образного катода (6), изготовленного из вольфрама.

Рис. 9. Устройство экспериментального прибора:
1 — выводы катода, 2 — выводы анода,
3 — стеклянный корпус, 4 — коллектор,
5 — спиральный анод, 6 — катод,
7 — вывод коллектора

 

Оборудование для обезгаживания

Для обезгаживания стекла используется печь общего прогрева, снабженная подъемным механизмом (рис. 10). Измерение температуры ведется термопарой (5) с измерительным прибором (7).
Для обезгаживания коллектора используется ВЧ-индуктор. В качестве ВЧ-индуктора применяются обычно однослойные бескаркасные катушки из медных трубок. Такой индуктор надевается сверху на прибор.
Обезгаживание катода и анода производится пропусканием электрического тока. Для этой цели используется схема, изображенная на рисунке 11.

Рис. 10. Схема печи для обезгаживания стекла:
1 — корпус, 2 — теплозащита, 3 — нагреватели,
4 — прогреваемый прибор, 5 — термопара, 6 — основание, 7 — измерительный прибор

Рис. 11. Схема для обезгаживания катода и анода (включение для обезгаживания катода)

 

III. ЗАДАНИЕ

В процессе выполнения работы студент должен самостоятельно провести откачку вакуумной системы до высокого вакуума и обезгаживание тестового прибора. В процессе откачки необходимо провести измерение зависимости давления p(t) в системе от времени откачки.
По результатам измерения p(t) необходимо определить зависимость скорости откачки насоса от давления. Для этого можно воспользоваться методом «постоянного объема». Суть метода состоит в следующем. Если температура T откачиваемого объема поддерживается постоянной, то из закона Менделеева–Клапейрона следует, что pV = const, где p — давление, а V — откачиваемый объем. Следовательно, Vdp = pdV. Так как по определению эффективная скорость откачки
,
то
.                     (1)
Таким образом, определив экспериментально зависимость p(t) и зная объем установки V (указан на каждой установке), путем дифференцирования можно восстановить зависимость S(p). Следует, однако, отметить, что формула (1) получена в предположении идеальной вакуумной системы, в которой нет натекания, газовыделения и обратных потоков из насоса. В реальной системе такие процессы присутствуют, поэтому
,                              (2)
где Sp — скорость откачки насоса, Sl — суммарная скорость натекания и газовыделения.
Для определения суммарной скорости натекания Sl необходимо отсечь откачиваемый объем от насоса и проследить за увеличением давления в объеме. Затем по формуле
                           (3)
определить зависимость скорости натекания от давления Sl(p). Скорость откачки насоса определяется согласно выражению (2) по найденным S(p) и Sl(p).

IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ПРОВЕДЕНИЕ ОТКАЧКИ

Начальное состояние органов управления.

• От откачиваемого прибора отключены все электрические проводники.
• Печь для обезгаживания стекла выключена и находится в поднятом положении.
• Ионизационный и термопарный вакуумметры выключены.
• Диффузионный насос выключен, охлаждающая вода не подается.
• Форвакуумный насос выключен.
• Трехходовой кран находится в положении “3” – «Напуск воздуха в форвакуумный насос».

1. Включение форвакуумного насоса.

• Перевести трехходовой кран в положение “1” – «Запуск форвакуумного насоса».
• Несколько (2–3) раза включить-выключить мотор форвакуумного насоса.
• Включить форвакуумный насос и подождать 1 минут.

2. Включение термопарного вакуумметра.

• Убедиться, что накал ионизационной лампы вакуумметра ВИТ-1А выключен, то есть ручка выключателя «НАКАЛ ЛМ-2» установлена в нижнее положение – против стрелки.
• Установить реостат «РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА» в крайнее левое положение. Включить тумблеры «СЕТЬ 220В» и «ТЕРМОВАКУУММЕТР». Должна загореться сигнальная лампа.
• Перевести тумблер «ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ТОК НАКАЛА». Реостатом «РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА» установить рекомендуемый ток накала, указанный на баллоне лампы термопарного преобразователя ПМТ-2. Установка тока накала производится по нижней шкале левого микроамперметра на передней панели ВИТ-1А.
• Перевести тумблер «ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ИЗМЕРЕНИЕ». Измерение давления производится по верхней (обзорная) или средней (более точная) шкале микроамперметра.

3. Форвакуумная откачка.

• Перевести трехходовой кран в положение “2” – «Откачка установки». Данный момент считать моментом начала откачки.
• Начать регистрировать давление, записывая текущее время и показания термопарного вакуумметра. В течение первых 10 минут проводить регистрацию давления через одно маленькое деление шкалы 0.1 мВ.

4. Измерение скорости натекания.

• Перевести трехходовой кран в положение “1” – «Запуск форвакуумного насоса». Форвакуумный насос оставить работающим. При этом откачка рабочего объема прекратится, и будет происходить увеличение давления за счет натекания и газовыделения.
• Проводить регистрацию давления через одно маленькое деление шкалы 0.1 мВ до тех пор, пока давление достигнет величины 5×10‑2 торр.
• Перевести трехходовой кран в положение “2” – «Откачка установки». Откачать до минимально достижимого давления для форвакуумного насоса.

5. Включение диффузионного насоса.

Запуск диффузионного насоса необходимо начинать при достижении минимального давления при откачке форвакуумным насосом, зафиксировав минимальное давление в лабораторном журнале. Включение подогревателя насоса при давлении более 10‑1 торр приводит к окислению масла и выходу насоса из строя.

• Включить подачу охлаждающей воды, открыв соответствующий кран. Убедиться в том, что в сливном шланге появилась вода.
• Включить подогреватель диффузионного насоса в сеть 120 В. Зафиксировать время включения в лабораторном журнале.

6. Включение и измерение давления ионизационным вакуумметром.

Включение накала лампы ионизационного вакуумметра ПМИ-2 при давлении выше, чем 10-3 торр может привести к выходу лампы из строя. Длительное функционирование лампы при вакууме 10-3 – 10-4 торр существенно сокращает срок ее службы. После включения ионизационного вакуумметра следует проводить измерение вакуума каждые 5 минут.

• Включить ионизационную часть вакуумметра ВИТ-1А и провести обезгаживание, для этого
  • установить переключатель «УСТАНОВКА НУЛЯ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «УСТАНОВКА НУЛЯ». Установить переключатель «ЭМИССИЯ ЛМ-2 – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ЭМИССИЯ». Установить переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положение «103»;
  • Установить переключатель «ПРОГРЕВ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ПРОГРЕВ». Включить «НАКАЛ ЛМ-2». Дать прибору прогреться в течение 5 минут, при этом происходит обезгаживание катода и анодной сетки. Перевести переключатель «ПРОГРЕВ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ИЗМЕРЕНИЕ».

 

• Установка тока эмиссии.

Установить переключатель «ЭМИССИЯ ЛМ-2 – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ЭМИССИЯ». Потенциометром «РЕГУЛИРОВКА ЭМИССИИ» установить стрелку прибора на риску с индексом «А», что соответствует току эмиссии 5 мА. Установить переключатель «ЭМИССИЯ ЛМ-2 – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ИЗМЕРЕНИЕ».

• Установка нуля.

Установить переключатель «УСТАНОВКА НУЛЯ – ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «УСТАНОВКА НУЛЯ». Потенциометром «РЕГУЛИРОВКА НУЛЯ» установить стрелку прибора на ноль шкалы.

• Калибровка чувствительности усилителя.

Установить переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положение «КАЛИБРОВКА». Потенциометром «КАЛИБРОВКА» установить стрелку прибора в конец шкалы.

• Проведение измерений.

Установить переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положение, при котором стрелка прибора находится в пределах от 10 до 100% шкалы. Произвести измерение, умножив показания прибора на соответствующий множитель шкалы.

Пример: Так как шкала прибора отградуирована от 10‑7 до 10‑6 торр, то если стрелка прибора находится на отметке «6», а переключатель «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» в положении «102», это означает, что давление в системе 6×10‑5 торр.

7. Использование азотной ловушки.

При наличии азота по достижении вакуума 10‑4 торр заполнить ловушку жидким азотом и зафиксировать изменение давления в системе.

ОБЕЗГАЖИВАНИЕ ПРИБОРА

Обезгаживание следует начинать при достижении давления 10‑4 торр. При обезгаживании возможно ухудшение вакуума в системе, поэтому следует соответствующим образом быстро переключать «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» ионизационного вакуумметра. Не следует допускать ухудшения давления ниже 10-4 торр.

1. Обезгаживание стекла.

• Опустить печь общего прогрева и включить ее. Термопара должна находиться внутри печи, однако не следует допускать касания термопарой стенок откачиваемого прибора и печи.
• Нагреть печь до температуры 300 °С. В процессе нагревания и остывания печи следует проводить регистрацию в лабораторном журнале текущего времени, давления в системе и температуры печи через каждые 10 °С.
• При достижении температуры 300 °С отключить печь и не поднимая дать остыть до температуры 150 °С. Преждевременный подъем печи может привести к растрескиванию откачиваемого прибора и попаданию атмосферного воздуха в высоковакуумную часть установки. Это может привести к выходу из строя ионизационного вакуумметра и диффузионного насоса.
• При достижении температуры 150 °С поднять печь и дать остыть прибору в течение 10–15 минут.

 

2. Обезгаживание коллектора.

Обезгаживание коллектора, выполненного из никеля (температура начала интенсивного испарения 1000 °С), производится токами высокой частоты с помощью индуктора при температуре 800–900 °С (ярко-красный цвет каления).

• Индуктор надевают сверху на откачиваемый прибор и удерживают на уровне коллектора, при этом следует не допускать касания индуктором стеклянной колбы и металлических проводников. Включение ВЧ генератора производится учебным мастером.
• Обезгаживание проводят в течение 2–3 минут с перерывами, чтобы выделяющиеся газы успевали откачиваться.
• В лабораторном журнале следует зафиксировать время начала обезгаживания, длительность обезгаживания, давление до обезгаживания, наибольшее давление в процессе обезгаживания и давление после обезгаживания.

 

3. Обезгаживание катода и анода.

Катод и анод откачиваемого прибора прогревают непосредственным пропусканием электрического тока. Для этого используется схема, изображенная на рис. 11. Прогрев производится при температуре 1800 °С (светло-красно-желтое каление).

• Установить лабораторный автотрансформатор в положение 0 В. Подключить клеммы-«крокодилы» к выводам катода или анода, затем включить вилку в сеть 220 В. Плавно увеличивая напряжение, добиться требуемого цвета свечения.
• Обезгаживание проводят до завершения газовыделения.
• В лабораторном журнале следует зафиксировать такие же величины, что и при обезгаживании коллектора.

ВЫКЛЮЧЕНИЕ ВАКУУМНОЙ УСТАНОВКИ

В процессе натекания следует производить регистрацию давления в системе каждые 5 минут.

• Удалить азот из ловушки (путем аккуратного выдувания струей сжатого воздуха).
• Выключить подогреватель диффузионного насоса, а через 30 минут выключить подачу охлаждающей воды.
• По мере ухудшения вакуума необходимо переключать «МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ» ионизационного вакуумметра и при достижении вакуума 10-4 торр выключить «НАКАЛ ЛМ-2». Дальнейшее измерение давления производить по термопарному вакуумметру.
• Дождаться, пока давление в системе перестанет изменяться. Зафиксировать время и давление.
• Перевести трехходовой кран в положение «1» – «Запуск форвакуумного насоса». Выключить термопарный вакуумметр.
• Выключить форвакуумный насос.
• Перевести трехходовой кран в положение «3» – «Напуск воздуха в форвакуумный насос».

 

Окончательное состояние установки должно соответствовать описанию начального состояния органов управления в разделе «ПРОВЕДЕНИЕ ОТКАЧКИ».

V. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

После выполнения работы каждый студент должен представить индивидуальный отчет о выполнении работы.

Титульная страница отчета должна содержать:

• Название лабораторной работы.
• Фамилию, имя и отчество студента.
• Номер группы.
• Дату выполнения работы.

Основной отчет должен содержать:

• Схему вакуумной установки и ее узлов (по необходимости), технологические параметры установки.
• Общий график зависимости давления в системе от времени откачки с указанием моментов включения и выключения отдельных элементов установки. По оси X следует откладывать время, а по оси Y десятичный логарифм давления.
• Подробный график изменения давления на начальном этапе откачки до включения диффузионного насоса и результаты вычисления зависимости скорости откачки форвакуумного насоса от давления.
• Подробный график изменения давления и температуры в процессе обезгаживания прибора печью.
• Выводы об эффективности использования вакуумных насосов в установке и эффективности обезгаживания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.            Шешин Е.П. Основы вакуумной техники — М.: МФТИ, 2001.
2.            Розанов Л.Н. Вакуумная техника. ‑ М.: Высшая школа, 1982.
3.            Кузнецов В.И., Немилов Н.Ф., Шемякин В.Е. Эксплуатация
вакуумного оборудования. ‑ М.:  Энергия, 1978.
4.            Розбери Ф. Справочник по вакуумной технике / Пер. с англ. —М.: Энергия, 1972.
Fred Rosebury. Handbook of electron tube and vacuum techniques. — Massachusetts, 1964.
5.            Королев Б.И., Кузнецов В.И, Пинко А.И., Плисковский В.Н.
Основы вакуумной техники. — М.: Энергия, 1975.
6.            Грошковский Я. Техника высокого вакуума. — М.: Мир, 1975.

vactron.ru