高真空的获得与测量 (2).docx

《高真空的获得与测量 (2).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高真空的获得与测量 (2).docx（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、高真空的获得和测量12_系Q1级姓名 刘畅畅 日期2006年5月19日 学号PB04204051实验目的：本实验学习用机械泵、扩散泵机组获得高真空，用静态升压法和氢质谱法检漏，并对 比两种方法的特点.实验原理：一.高真空的测量一一电离真空规。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，即正比于总压强p,故产生的正离子数N+正比于压强 p。规管的结构如图1所示，它主要由发射电子的热阴极（灯丝）、加速并收集电子的加速 极和收集离子的收集极等三部分组成。其接线图如图一2所示，规管中心热阴极厂接零电位, 为0K为热阴极加热电压；加速极G接

2、正电位Uc （几百伏）；离子收集极接负电位Uc （几 十伏），其作用是使由阴极厂发射的电子，在加速电位Uc的作用下，飞向G极使电子能量 增加，大部分电子通过加速极G飞向圆筒型收集极C,电子轨迹如图一3所示，在G、C 之间拒斥场的作用下电子减速，在速度减到零时，电子返转飞向G,在电子飞向G、。空 间时，电子又在拒斥场作用下减速，直到速度为零又返向G极，向G、。方向飞行。电子 在这种返往运动中与气体分子不断发生碰撞，把能量传给气体分子，使其电离，而电子最终 被加速极所收集；在G、。间产生的正离子被收集极。接收形成离子流，此离子流被外电 路中的微安计测得。对于一定结构的规管，当各电极电位一定时，对某

3、种气体，在规管中电离所形成的正离 子流厂正比于发射电子电流人和气体的压强p,即：其中比例常数K称为电离计的灵敏度，其意义是在单位电子电流、单位压强下所得到的离 子流，其单位为1/尸。，K值多通过实验测得。在实际测量中，规定发射电流等于常数。 对于不同气体，K值也不同，通常所指的灵敏度是对于干燥空气或氮气而言。普通型热阴极电离规的测量范围为1.33x10 1.33x10-5P6z,超出此范围，离子流与 压强便不再是线性关系而不能进行测量。二.真空检漏。一个高真空系统，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，J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

4、脂和封蜡的蒸气及系 统内其他污染物，形成蒸气源。表面放气：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。对于蒸气源和表面放气，首先在设计系统时要选择合适的材料和结构。尽量选择蒸气压 低的真空泵油；其次是搞好真空清洁，使系统表面清洁、干燥，然后在真空条件下烘烤去气, 但材料吸附的气体不可能完全去除，在压强较低时，表面放气还是存在。实验中的主要问题 是真漏，这正是检漏所要解决的问题。检漏的首要问题是要判断系统是否漏气，其次是确定 漏气率的大小，以便确定它是否在允许范围，最后是用合适的仪器找出漏孔的

5、确切位置，用 合适的密封材料堵漏。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，如图一4所示。图-4压强随时间的变化I）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。2）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，达到平衡, 曲线即

6、趋于水平直线。3）直线c是一斜率为电的直线。这说明系统只有漏气，系统的漏率为： At式中V是被检容器的体积。4）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。一个真空系统（或容器）要做到绝对不漏气是不现实的。只要漏孔的漏率足够小，使 得平衡压强低于真空系统工作所需要的压强，这些漏孔就是允许的。真空系统正常工作所能 允许的最大漏气量，称为最大允许漏率，简称允许漏率。三.仪器的线路和结构说明。1 .热偶计热偶规管系由加热丝和热电偶组成（图一）。热电偶的热电势由热丝的温度决定。将热 偶规管与真空系统相连，若加热丝电流保持恒定，则热电偶的热电势和周

7、围气体有关。加热 丝的温度变化由周围气体的导热率决定，当压强降低时气体的分子密度变小，故气体的导热 率低，造成加热丝的温度升高，因此热电势将随之增高。如果已知热电势和压强的关系则可 直接读出压强值。图一2 .电离计利用三极管中加热阴极发射电流引起的气体电离现象，所产生的离子流用直流放大器加 以放大，由电流表测量。若电离规管的阴极发射电流定不变，则离子流的大小与气体压强成 正比。电离规管是一支三极电子管,其收集极对于灯丝为负电压25V ,而栅极对好丝具有正电 压200V （图二），测量时规管与被测系统相连接，加热阴极发射电子，电子向加速极运动 时与规管内的气体分子相碰撞并产生电离。图二正离子流（

8、由小电流直流放大器测定）被收集极收集，在测量范围内离子流与压强呈线 性关系。式中：离子流（A）,人一一阴极发射电流（A）, S规管灵敏度（1/P），P 一压强（Pa ）o图三真空系统图实验内容与分析：在实验中，得到以下数据：1 .烘烤后的极限真空度： = 4.5义10-3.即所获得的最小真空度为：Pmin=4.5xlO-3P6Z2 .压强随时间t的变化数据：051015202530354045505560657075808590根据压强随时间t的变化数据，作出曲线图：分析：从图中的曲线可以看出，一开始在，= 85$之前曲线上升较快。1 = 85s之后渐渐变成平 行于t轴的直线。分别分析这两部分

9、曲线：I) 0 40s曲线弯曲着上升，而在40 85s这一段几乎是一条直线。它的斜率是包，系统 只有漏气。系统的漏率为。漏=V与，式中V是被检容器的体积。2)当曲线渐渐变成平行于t轴的直线。这说明系统在达到气压值l.2xl()7时，放气速率 和吸气速率相等，达到平衡，曲线即趋于水平直线。思考题：1 .为什么测量完放气曲线要立即关闭电离计？答：从实验数据可以看出，在，= 80s以后气压已经增加到超过0.1&。而在实验规程中，要求当压强为l.3xl(y 1x10-尸。，使用热电偶进行测量；当压强低于IxlO-iRz时，用电离计测量。否则会使电离计规管的寿命缩短。也就是说，电离计不得在被测真空系统压

10、力高于O.lRz时使用，所以在测量完放气曲线要立即关闭电离计。2 .为什么扩散泵和机器泵之间要加储气罐？答：我考虑在扩散泵和机器泵之间加储气罐可能是使其对整个体系起缓冲作用。在实验过程 中的放气、漏气、除气过程都有可能会由于气压的突变而造成仪器损伤，更有可能造成油外 漏。为防止机器泵、扩散泵工作时引起的突然变化，从而对实验仪器起到保护作用，需要加 储气罐。另外，可能还有冷凝作用。3 .为什么关高阀，关扩散泵后不能立即关机械泵？答：我想在关高阀，关扩散泵之后不能立即关机械泵的原因首要的是为了保护实验仪器。因 为当关高阀，关扩散泵之后，扩散泵内温度可能还很高。如果此时立即关闭机械泵，由于外 界空气的快速回流会造成巨大温差，很有可能会损伤仪器。所以这时不能立即关机械泵。