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低真空获得与测量实验报告
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低真空获得与测量实验报告
篇一：
真空获得和测量实验报告
真空获得和测量实验报告
物理11211180243徐旭东
摘要：
本实验用机械泵与扩散泵串联而成的高真空机组来获得真空，由复合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。
就实验室常用的真空获得工具以及测量仪器进行实验介绍以及使用注意事项的介绍。
关键字：
真空机械泵扩散泵热电偶真空计电离真空计
引言：
通常，我们说宇宙空间是没有空气的真空。
真空一词，字面意思就是“完全空”，“空无一物”，什么都没有。
但是，实地检测一下航天飞机轨道附近的空间，却发现那里仍然存在着稀薄的空气。
即使是真空包装袋和暖水瓶瓶胆夹层里面，也不是什么都没有。
我们无论采用什么办法，都无法使我们所说的真空真的是“没有一点空气”。
我们所说的真空，不过是“空气极其稀薄的空间”罢了。
一、实验原理
1、真空度及真空区域的划分
真空是指充有低于一个大气压压强的气体的给定空间。
即分子密度小于2.5×10分子数∕cm的给定空间。
真空度的国际单位是pa。
按照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运用的特点，将真空定性地划分为五个区段：
（1）粗真空：
1.013×10∧5～1.333×10∧3pa;
（2）低真空：
1.333×10∧3～1.333×10∧-1pa;（3）高真空：
1.333×10∧-1～1.333×10∧-6pa;（4）超高真空:
1.333×10∧-6～1.333×10∧-10pa;（5）极高真空:
＜1.333×10∧-10pa.2、低真空的获得
获得低真空的常用的方法是机械泵。
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。
目前常用的是旋片式机械泵。
3、高真空的获得
最早用来获得高真空的泵是扩散泵，扩散泵是靠油的蒸发－喷射－凝结重复循环来实现抽气的，由于射流具有高流速（约200m/s），高的蒸汽密度，且扩散泵油分子量大（300～500），故能有效的带走气体分子。
气体分子被带往出口处再由机械泵抽走。
4、真空的测量
测量真空度的装置称为真空计或真空规。
实验中常用的有两种：
热偶真空计、电离真空计。
（1）热偶真空计。
它通常是用来测量低真空的真空计。
3
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（2）电离真空计。
它通常是用来测量高真空的真空计。
5、真空的检漏
真空检漏是真空技术中非常重要的一个环节。
实际的真空系统如果达不到预计的
极限真空，在排除材料放气和泵工作不正常后，主要是对系统进行检漏。
实验中主要使用两种检漏方法：
（1）高频火花检漏法；
（2）真空计检漏法。
二、真空的测量与获得实验过程
1、插上电源插头，打开热扩散泵的冷却水开关，热扩散泵开始加热。
2、关闭高真空蝶阀，拔出三通蝶阀，利用机械泵抽真空，将复合真空计（这里用热电偶真空计测量真空度）调节到测量真空室的真空度。
3、当真空室的真空度为10pa时，先不要打开高真空蝶阀，推进三通蝶阀，将复合电离计调到测量储气室的真空度，利用机械阀将储气室的真空度抽到10pa，再拔出三通蝶阀，继续抽真空室。
反复进行上述操作，直到真空室和储气室10pa。
4、推进三通蝶阀，打开高真空蝶阀，这里用热扩散泵抽真空室，这时继续开着机械泵，当复合电离计显示真空度为10pa时，打开灯丝（这里用热阴极电离真空计测量真空度），根据真空度的不断减小，调小测量范围，最终达到5?
10pa。
5、实验结束后先关闭三通蝶阀、高真空蝶阀和热扩散泵的电源，继续通冷却水和开着机械泵。
当热扩散泵冷却后，关闭冷却水和机械泵。
三、数据记录
低真空的获得和测量数据
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由上图可以看出，机械泵刚开始对真空室开始工作时，压强下降的比较快速，后来会愈来愈慢。
两次次测量的数据比较接近。
可以看到在压强到达2.5pa左右时压强会回升，这主要是漏气的原因5.2高真空的获得和测量数据
图表变化从t=2秒开始。
误差分析
1.实验仪器本身存在的问题引起误差，仪器的漏气可能是最大的误差，并不能达到真空度最小点。
2、人为读数误差
四、实验总结
真空实验需要明确打开热扩散泵，就要通入冷却水，实验结束后先关闭热扩散泵的电源，当热扩散泵冷却后，关闭冷却水和机械泵。
热电偶真空计测量的真空度为10pa以上，热阴极电离真空计测量的真空度为10pa以下。
要达到更低的真空度，需要多级泵抽真空。
真空的获得与测量需要依靠不同的泵和真空计组合完成。
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-1
篇二：
20XX真空的获得和测量实验报告
真空的获得与测量
摘要
真空技术主要包括真空获得、测量及检漏。
对于不同的真空范围，分别采用不同的仪器设备。
本实验用机械泵与扩散泵串联而成的高真空机组来获得真空，由复合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。
高频火花探漏器可用以判断非金属部件是否漏气，并可粗略地估计一定的真空范围。
关键字
真空的获得真空的测量真空检漏
引言
“真空”泛指低于一个大气压的气体状态。
目前，真空技术在近代尖端科学技术，如高能粒子加速器、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工作中都占有关键的地位，在一般工业生产中的应用则种类繁多，包括化学工业，医学工业，制盐制糖工业，食品工业，电子工业等。
超高真空还促进了半导体器件、大规模集成电路和超导材料、纳米材料等的发展。
为了了解真空技术的基本知识，掌握高真空的获得和测量的基本原理和方法，我们进行真空技术的基本功训练。
正文
一、真空技术的发展
1643年，意大利物理学家托里拆利发现，真空和自然空间有大气和大气压力存在。
1650年，德国的盖利克制成活塞真空泵。
1654年，他在马德堡进行了著名的马德堡半球试验，这个试验证明，空间有大气存在，且大气有巨大的压力。
19世纪中后期，英国工业革命的成功，促进了生产力和科学实验发展，同时也推动了真空技术的发展。
1850年和1865年，先后发明了汞柱真空泵和汞滴真空泵，从而研制成了白炽灯泡（1879）、阴极射线管（1879）、杜瓦瓶（1893）和压缩式真空计（1874）。
压缩式真空计的应用首次使低压力的测量成为可能。
20世纪初，真空电子管出现，促使真空技术向高真空发展。
1935～1937年发明了气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。
这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常用。
1940年以后，真空应用扩大到核研究（回旋加速器和同位素分离等）、真空冶金、真空镀膜和冷冻干燥等方面，真空技术开始成为一个独立的学科。
第二次世界大战期间，原子物理试验的需要和通信对高质量电真空器件的需要，又进一步促进了真空技术的发展。
二、真空技术的应用
真空的应用范围极广，主要分为低真空、中真空、高真空和超高真空应用。
低真空是利用低（粗）真空获得的压力差来夹持、提升和运输物料，以及吸尘和过滤，如吸尘器、真空吸盘。
中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的气体或水分、制造灯泡、真空冶金和用作热绝缘。
如真空浓缩生产炼乳，不需加热就能蒸发乳品中的水分。
高（:
低真空获得与测量实验报告）真空可用于热绝缘、电绝缘和避免分子电子、离子碰撞的场合。
高真空中分子自由程大于容器的线性尺寸，因此高真空可用于电子管、光电管、阴极射线管、x射线管、加速器、质谱仪和电子显微镜等器件中，以避免分子、电子和离子之间的碰撞。
这个特性还可应用于
真空镀膜，以供光学、电学或镀制装饰品等方面使用。
外层空间的能量传输与超高真空中的能量传输相似，故超高真空可用作空间模拟。
在超高真空条件下，单分子层形成的时间长（以小时计），这就可以在一个表面尚未被气体污染前，利用这段充分长的时间来研究其表面特性，如摩擦、粘附和发射等。
三、真空的获得
利用机械泵的机械旋转产生吸气和排气过程，以获得真空。
常用的是旋片式机械泵，它由定子、转子、旋片、弹簧等组成。
旋片式机械泵是一种油封式机械真空泵。
其工作压强最
-1低能够达到10，属于低真空泵。
它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵
的前级泵。
其主要结构见下图：
油扩散泵能比机械泵获得更高的真空度，它的工作压力范围是10-1~10-6pa，起始压强正好是机械泵的极限压强。
因此油扩散泵通常要利用机械泵作为前级泵，将真空度抽到10-1pa后才能打开油扩散泵。
油扩散泵是利用气体的扩散性质制作的，油扩散泵主要由泵体、扩散喷嘴、蒸气导管、油锅、加热器、扩散器、冷却系统和喷射喷嘴等部分组成。
当油扩散泵用前级泵预抽到低于1pa真空时,油锅可开始加热。
沸腾时喷嘴喷出高速的蒸气流，热运动的气体分子扩散到蒸气流中，与定向运动的油蒸汽分子碰撞。
气体分子因此而获得动量，产生和油蒸气分子运动方向相同的定向流动到前级，油蒸气被冷凝释出气体分子，即被前级泵抽走而达到抽气目的。
由于机械泵工作时由电动机动力维持抽气口和排气口的压强差，一旦停止工作，排气口的大气压将把真空泵油压到定子腔中，造成返油事故。
因此，机械泵停止工作后必须使抽气口与大气相通，使泵的进气口和排气口气压平横。
四、真空的测量
对于真空度的测量以及检测常用真空计。
真空计包括两个热偶真空计和一个电离真空计。
热偶真空计的原理是利用在低气压下气体的热导率与气体压强间有依赖关系（参见下页原理图）。
因此，如果把一段金属丝封入导管中，接入真空系统。
并通过一定的电流使金属丝加热，则金属丝的温度取决于输入功率与散热的平衡关系。
当输入功率一定时，丝温与气体的热导率有关。
只要用某种方法测出丝温变化,即可经校准而读出压强。
热阴极电离真空计（参见下页原理图）通常用来测量高真空。
热阴极灯丝A通电加热后发射热电子，栅状阳极b带有较高的正电压。
热电子被阳极b电压加速，并为阳极收集。
因为阳极为栅状，所以将有一些电子穿过阳极，这些电子在带有负电子的板状收集极c的作用下又返回阳极，并在空间来回振荡，最后为阳极的正离子被收集极c所收集，形成一定的离子流Ii。
热电偶规管原理图cD－铂丝Ab－热电偶丝mA－毫安表mV－毫伏表
五、真空检漏
真空系统在较长时间不能达到预定真空度
时，就要进行检漏。
真空检漏有多种方法，本实
验只介绍一种在较低真空度下适用于非金属器壁
的高频火花探漏器。
根据低压气体的放电现象，
还可以用其粗略地估计真空度。
ghc-p型高频火花探漏器结构原理如图电离规管原理图c－极状收集极F-热阴极灯丝g－栅状阳极
29-5所示。
按下电源开关k后，振动线圈L1便产生交变磁场，并吸放火花隙触头，使火花隙sc发生火花；由电容c及线圈L2组成的谐振回路选频，产生高频电压。
再由高频变压器的次级线圈L3产生高频高压；高频高压能使附近的空气电离，在放电簧Ds尖端激起很强的紫色火花放电，火花束的强弱靠螺钉s以改变sc之间隙来调节。
检漏时，使放电簧靠近非金属器壁1cm处，来回移动寻找漏气部位。
若无漏气，则火花束在器壁表面产生不规则的跳动。
若存在漏孔，则原来分散的火花变成很细的一束，且对准漏孔往系统里钻。
乙醇、丙酮等也可以用来探查漏洞。
当涂抹它们的部位漏气时，电离计指针即刻偏转。
当系统真空度较低时，则可用高频火花探漏器探查，发现系统内将出现此种蒸汽放电时的淡蓝色辉光。
由于高频高压能透过绝缘器壁，引起真空容器（或管道）内低压气体的辉光放电，
。
因此，在只需粗略估计真空范围的场合，高频火花探漏器往往被当作一种“真空测量工具”加以使用。
因需通过放电颜色来判别，故此种方法仅适用于透明的绝缘器壁（如玻璃等），或专设一盲管以备检测。
六、实验方案
以xK-200型真空系统为例：
1、开机械泵，将三通阀向里推至死点
2、开启真空计测量前级低真空，开机预热一定的时间后，将“加热—测量”开关置于“测量”位置（有两个测量档，先置于其中任意一档）。
再对对储气瓶进行抽气，观察热偶真空计的读数，若真空度增加，表明当前测量档测量的是储气瓶的真空度。
若真空度变化不大，表明当前测量的是真空室的真空度。
通过这个步骤，可以确定热偶计的两个“测量”档分别对应哪个区域的真空；
3、接通冷却水及油扩散泵加热器，当油扩散泵预热40分钟后即可正常工作
4、当储气瓶的真空度达到6.7帕以上时，将三通阀向外拉到底，开始对真空室预抽。
真空计换挡测量真空室中的真空度，使其压力小于6.7帕。
5、加热完毕后，打开高真空蝶阀，同时将三通阀推至里面死点。
此时油扩散泵与机械泵同时处于工作状态，观察热偶计的读数。
当低真空测量等于或小于0.13帕时，转至高真空测
-1量，直至机组达到极限真空度（10pa）为止。
6、打开灯丝，电离计接通，开始进行高真空度测量。
一开始，每隔15秒记录一次数据；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。
7、当真空度不再变化，停止高真空测量。
先关闭灯丝，再关闭高真空蝶阀，停止对油扩散泵加热。
8、等到油扩散泵冷却至室温后，关闭机械泵和冷却水，切断电源。
篇三：
低真空的获得与测量
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：
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dt?
?
Vdp
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Vdpd（lnp）?
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Vpdtdt
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）
1cmhg=1.333×103pa
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2T/s时间T与压强p的关系图
得到的lnp-t曲线如下图所示
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