7-1 真空的获得及其测量 实验报告

近代物理实验报告

指导教师： 得分：

实验时间： 2009 年 09 月 17 日， 第 3 周， 周 四 ， 第 5-8 节

实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜

同组者： 班级 材料0705 学号 2007670 姓名

实验地点： 综合楼 504

实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压

实验题目： 真空的获得及其测量

实验仪器：（注明规格和型号）

机械泵（2XZ-4直联高速旋片式真空泵）， 油扩散泵， FZH-2B型复合真空计， 火花检漏器， 玻璃真空系统

实验目的：

1. 了解获得真空的常用方法， 学会使用机械泵和油扩散泵的必要知识 2. 掌握玻璃真空系统的操作步骤

3. 学会利用膨胀法标定热偶真空规管的原理和操作方法

实验原理简述：

1. 真空的获得及相关设备

1.1 机械泵

机械泵可以从大气压开始工作， 常用来获得高真空泵的前级真空和高真空系统的预备真空， 类型有很多种， 在实验室中常用的为“旋片式机械泵”。

旋片式机械泵的基本原理是用机械力量带动装有可活动旋片的偏心轮， 在气室内旋转运动时重复改变气室内隔间的体积， 从而起到将待真空空间内的气体抽入气室内并排出至大气， 得到真空环境的作用。

1.1.1 气镇的作用及其原理

“气镇”指在排气口附近所开的小孔， 适时向气室内放入一定量的大旗， 使得抽来的气体中的蒸汽在尚未达到饱和分压时便顶开阀门放弃， 防止蒸汽在气室内液化， 影响泵油质量， 并且造成腐蚀。 气镇在泵开始工作初期要打开， 之后关闭。

1.1.2 机械泵的重要指标

1.1.2.1 极限真空

任何系统都不可能达到绝对真空， 而一定存在一个最后的最小压强pu，成为极限真空； 极限真空决

定了该设备制造的真空度最终能否满足系统的要求， 是系统的重要指标之一。 旋片式真空泵的极限

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真空一般为6*10Pa， 实验室下约为1Pa。

1.1.2.2 抽气速率

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抽气速率的大小决定了该系统达到所需要的真空度所需要的时间。 抽气速率的单位是L·s， 抽气速率与泵口的压强大小有关， 一般给出的是泵口压强为101325Pa时的抽气速率

1.2 扩散泵

油扩散泵是获得高真空常用的设备， 其原理是利用沸腾的油蒸汽高速射流， 将抽泣端的气体逐层带入喷射的蒸汽流中， 并压入排气端或低真空端， 由前级真空泵抽走。 泵内油液通过冷凝装置循环使

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用， 扩散泵的工作范围为10~10Pa, 抽气速率范围广， 且没有机械运动部分， 应用广泛。 在实际使用扩散泵时， 为了满足其工作条件需要， 需在出气口接上机械真空泵。

2. 真空测量

测量真空常用真空规或真空计， 一般分为绝对真空规和相对真空规两种。

2.1 U形管

U形管属于绝对真空规， 实验中使用的是开管式， 工作质为低蒸汽压油。

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使用前先将两管均抽至6*10Pa， 然后将两管的空气连通隔断。 之后真空系统中的气压变化可以表现为液面差， 两液面的压力差为：

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ρ为工作油的密度（国产257硅油， ρ=1.09g·cm, p p1 p2 gh，

25℃）

2.2 热偶式真空规

热偶规是广泛使用的一种测量低真空的量具， 属于相对规。 热偶规利用其内部结构的加热丝在不同压力下温度不同， 从而致使热偶输出的电动势也发生变化这一特点， 可以衡量真空度的高低。 使用时需要参考热偶规校准曲线。 其缺点是量程窄， 稳定性差， 精度低， 而且容易出现老化造成的零点漂移和灵敏度变动， 需要校准。

2.3 热阴极电离真空规

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电离规应用于测量高真空（10~10Pa）， 电离规的实质是热阴极三极管， 电子被发射后在螺旋栅极A附近往复震荡时， 与管内气体发

+

生碰撞， 将其电离成正离子而被收集极吸收， 形成离子电流I， 当发射电流恒定不变且工作压强较低时， 电流和压强具有这样的相关

1I

关系：p ， k为规管常数。 在低真空范围内具有较好的线

kIe

性关系。 在使用电离规时注意压强低于10Pa时才可以通电， 通电前需要进行抽气， 而且通电时间不能过长以防烧毁。

3. 真空检漏

真空系统总是漏气的， “不漏气”只是一个相对说法。 因而在一般使用条件吓，

即使有微漏气存在

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而整体真空系统仍可以达到使用要求时， 便可以认为是不漏气。

3.1 高频电火花检漏

电火花检漏的原理是利用高频电极在玻璃容器表面放电， 如果没有漏孔， 则玻璃表面形成散开的杂乱火花， 如果附近有漏孔， 则会形成细长而明亮的火花束指向漏孔。 火花颜色的不同， 也可以用于粗略地识别真空度。 使用时注意不能长时间在同一个地方放电而造成容器击穿， 不可用于密封部位的检漏， 不可用于金属件检漏。

4. 热偶规工作电流的校正原理

校正热偶规， 即是将其与一个可以求出真空压强的容器相连， 不断地改变该容器内的真空压强， 同时读取对应采样点的电流读数， 便可以完成热偶规的电流校正工作。 操作过程中使用的是定容活塞，

测量用容器内的初始压强p0已知， 之后每一次变活的压强都符合pn 1 p0

nU

， 式中n为转换次V

数， U为定容活塞的体积， V为给出的容器体积。

实验步骤简述：

1. 真空系统的运行于真空的测量

进行实际操作之前， 先对真个玻璃真空系统作一个初步的了解， 防止在实验中发生误操作， 甚至造成事故。

1.1 关闭放气阀门m， 启动机械泵， 然后开启阀门f、b、a， 对容器B等进行抽真空。 1.2 接通复合真空计的电源， 预热5min

1.2.1 将“加热-测量”开关旋至“加热”位置， 调节“电流调节”， 根据左侧仪表第三行的读数， 参照热偶管上的标度， 使电流符合运行要求。

1.2.2 将“加热-测量”开关旋至“测量”位置， 从仪表第二行读取压强值。

1.3 当真空度超过4Pa时， 关闭abf， 开启hdi， 启用扩散泵继续抽真空。

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1.4 当热偶真空计的指示超过0.1Pa时， 换用电离规进行测量， 先将量程开关打到10Pa级， 确保真空度达到要求后， 再接通灯丝电源（在真空度达到0.1Pa之前切勿接通电离规“灯丝”， 以免烧毁）；

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加热5min后， 将量程开关从10Pa级逐级向上增加， 直到读出B容器的最高真空度。测量完毕后将

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量程开关恢复到10Pa量级， 再关闭灯丝电源。

2. 热偶规管校正实验

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2.1 当真空系统容器B的真空度超过5*10Pa时， 开始校准工作 2.2 关闭阀门d、i， 然后切断扩散泵电源

2.3 通过选装定量阀e， 将干燥空气导入A中， 使其中建立适当的压力p0； 操作的同时观察U形管的油面差， 当重复若干次操作后， 油面高度差达到50mm左右时停止， 计算A中的压力值， 作为定标公式中的p0。

2.4 将定量阀C每旋转一周， 便有一定体积U， 压强p0的气体扩散进入真空室B， 利用定标公式便可以计算B中的当前实际气压。（UV参数： V1=2516ml， U1=7.41ml； V2=2557ml， U2=7.47ml） 2.5 观察真空计热偶部分的指示值， 如与计算值不一致， 测旋转加热电流调节钮使其一致， 在拨动至“加热档”， 便可以读出此时的加热电流值

2.6 重复上述过程n次， 取平均值

3. 停 …… 此处隐藏：2926字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……