高真空的获得和测量.docx
高真空的获得和测量5-By金秀儒物理三班Pb05206218实验题目：高真空的获得和测量学号：PB05206218姓名：金秀儒实验目的：本实验学习用机械泵、扩散泵机组获得高真空，用静态升压法和氮质谱法检漏，并对比两种方 法的特点。实验仪器：扩散泵机组、机械真空泵、热偶真空计、电离真空规、真空系统。实验原理：1、高真空的测量电离真空规具有足够能量的电子与气体分子碰撞会引起分子的电离.产生正离子和电子，电子与分子的 碰撞次数正比于分子数密度n,即正比于总压强p,故产生的正离子数N+正比于压强p.对于一 定结构的规管，当各电极电位一定时，对某种气体，在规管中电离所形成的正离子流1+正比于 发射电子电流Ie和气体的压强p,即F=KIep 2、真空检漏如果经过长时间抽气，仍达不到预期的真空度，在排除泵的因素后，可能的原因有：蒸气源,水蒸气、机械泵油和扩散泵油的蒸气、高真空的密封油脂 和封蜡的蒸气及系统内其他污染物表3气系统的器壁、系统内金属元件表面吸附着大量气体分子， 在低压下向系统内释放.真漏:真空系统连接部位安装不良，焊接处有漏孔或漏隙及阀门处密 封不严所造成. 静态升压法在高真空系统，漏孔或漏隙用肉眼一般是看不出来的我们通常采用静态升压法，即把系统抽 到一定压强后，关闭阀门，将被检部分与泵隔开，由于漏气和表面放气，被检部分的压强将随时间 而上升，用电离真空计或复合真空计和秒表，测出pt关系曲线，由曲线形状，我们可以判断系统 是否漏气，a）直线a平行于t轴，说明压强是恒量，它不随时间而变化，表明系统既无放气也无漏气.b）曲线b开始上升较快 而后渐渐变成平行于t轴的直线.这说明系统只有放气而无漏气,气压较 低时放气速率较大，达到某一气压值时，放气速率和吸气速率相等，曲线即趋于水平直线.c）直线c是一斜率为包 的直线.这说明系统只有漏气，t漏率为Q漏二丫包加d）曲线d开始上升较快，而后渐渐减慢,最后变成直线.这说明 系统既有放气也有漏气.曲线d是b和C的叠加.3、仪器的线路和结构说明工作原理:（1）热偶计：已知热电势和压强的关系则可直接读出压强值（2）电离计：正离子流被收集极收集，在测量范围内离子流与 压强呈线性关系.I+/Ie=SP真空系统图:如右图；数据处理及结论：1.静态升压法真空检漏，测量pt曲线:时间t/ S05101520压强P/ Pa时间t/ S2530354045压强P/ Pa时间t/ S5055606570压强P/ PaLinear Regressionfor Datal_A:Y = A + B * X Parameter Value ErrorBARSD.NP0. 0146515可见，相关系数为R=，表示拟合直线的线性较好，斜率为；漏率可以计算如下：（5漏=口源/力）=V 左=0.0049b V；其中V为被检容器体积；除气、烘烤前真空度为：2.1x10-3 Pa本试验系统真空度为：8.2 Pa除气、烘烤后真空度为：26x10-3 pa本试验极限真空度为：2.0x10-32.对以上Pt曲线分析:宏观上看，本试验所得到的P-t曲线基本上是一条直线，相关系数为R=,表示拟合直线的 线性较好，再与实验讲义部分的静态升压法曲线对比，可见，本组实验仪器基本满足漏气曲线, 表面放气相对漏气而言，对试验影响很小；微观上看，本试验所得到的Pt曲线的斜率随时间微微上升，由于变化比较平滑而且连续, 应该不会只是试验读数造成的偏差。毕竟一个真空系统要做到没有表面放气是不现实的，系统 内壁气体分子的表面放气随着真空度的下降而逐渐减小，导致了斜率的微小变化； 实验小结及建议：本实验是一个比较精确的实验，引起误差的主要因素有如下述：仪器方面，电离计显示的 真空度与实际压强有所偏差，而通过分析，系统漏气也比较严重；读数方面，本试验为2人合 作，一人计时，一人读数，配合不好也会影响结果；从本次实验的结果来看，直线的相关系数为R二,线性较好；与理论上的图形基本一致，产 生的微小偏差经分析，是来自系统的表面放气现象，试验结果基本可信。从除气、烘烤前后真空度的变化可以看出，实验中不可避免的温度改变也给实验引入了误 差，又本次实验测量高真空，电离计的有效读数和两人配合读秒表的操作都给实验造成很大误 差，而这一点没有在这次的结果中明显体现是因为仪器漏气很快，读数相对比较分散造成的；总的来说，实验结果基本让人满意，在现有实验条件下，实验比较准确。小建议：本试验极限真空度为2.0x10-3 pa,亦即汕扩散泵抽气的极限，对比就可发现， 其实这就是扩散泵中油的饱和蒸汽压，由此，如果改换扩散泵使用的液体为蒸汽压更低的液体, 也许就可以进一步提高系统的真空度；思考题：1 .为什么测量完放气曲线后要立即关闭电离计？答：电离计是用来测高真空的仪器，一定达到高真空以后才能启动测量，读出数之后立刻关死, 否则真空度低的话会把电离计烧坏。测量完放气曲线后，钟罩内气体压强上升很快，所以要立 即关闭电离计。2 .为什么扩散泵和机械泵之间要加储气罐？答：因为抽高真空时，机械泵抽取的是扩散泵送来的油蒸汽和空气分子的混合气体，加储气罐 后油蒸汽可以冷凝回流，否则油蒸汽会被外界的空气氧化，无法再次利用。不对3 .为什么关高阀、关扩散泵后不能立即关机械泵？答：关高阀、关扩散泵后，系统中由于温度较高，还有很多油蒸汽，在高真空下无妨，但是如 果立即关机械泵，回流的空气便会使得油蒸汽氧化，减少仪器的使用寿命。另外，产生的温差 也会使仪器发生形变，可能造成损伤。物理三班金秀儒
