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1、第五章第五章真空技术真空技术VacuumtechnologyMaterials Science&EngineeringJiangsu University1第5章 真空技术章节目录l第一节第一节真空技术概述真空技术概述l第二节第二节真空的获得真空的获得l第三节第三节真空的测定真空的测定-真空规真空规2第5章 真空技术 真空技术在科学研究和生产中已得到广泛应真空技术在科学研究和生产中已得到广泛应用。用。2020世纪世纪5050年代以来，真空在冶金生产和科研中年代以来，真空在冶金生产和科研中的应用迅速推广，形成了一个专门的领域的应用迅速推广，形成了一个专门的领域真空真空冶金冶金。第一节第一节概述概
2、述3 3第第5 5章章 真空技术真空技术真空技术发展历史-基本实验技术真空技术已经成为一门独立的前言学科。真空技术已经成为一门独立的前言学科。真空技术已经成为一门独立的前言学科。真空技术已经成为一门独立的前言学科。n n基本内容包括：基本内容包括：基本内容包括：基本内容包括：n n真空物理真空物理真空物理真空物理n n真空获得真空获得真空获得真空获得n n真空测量、检漏真空测量、检漏真空测量、检漏真空测量、检漏n n真空系统的设计和计算等。真空系统的设计和计算等。真空系统的设计和计算等。真空系统的设计和计算等。n n随随随随着着着着表表表表面面面面科科科科学学学学、空空空空间间间间科科科科学学
3、学学高高高高能能能能粒粒粒粒子子子子加加加加速速速速器器器器、微微微微电电电电子子子子学学学学、薄薄薄薄膜膜膜膜技技技技术术术术、冶冶冶冶金金金金工工工工业业业业以以以以及及及及材材材材料料料料学学学学等等等等尖尖尖尖端端端端科科科科技技技技的的的的发发发发展展展展，真真真真空空空空技技技技术术术术在在在在近近近近代代代代尖尖尖尖端端端端科科科科学学学学技技技技术术术术中的地位越来越重要。中的地位越来越重要。中的地位越来越重要。中的地位越来越重要。16431643年托里拆利年托里拆利年托里拆利年托里拆利(E.Torricelli)(E.Torricelli)大气压力实验大气压力实验大气压力实验
4、大气压力实验4 4第第5 5章章 真空技术真空技术一、概述一、概述 压力和温度一样是系统的状态参数，与许多物化性质压力和温度一样是系统的状态参数，与许多物化性质相关。物化实验中，会涉及到高压、常压和真空系统。不相关。物化实验中，会涉及到高压、常压和真空系统。不同压力系统有着不同的测量方法和技术同压力系统有着不同的测量方法和技术。5 5第第5 5章章 真空技术真空技术假定假定P0为大气压为大气压(1)绝对压力绝对压力P(2)相对压力相对压力p=PPo(3)正压力正压力PPo(4)负压力负压力PPo(5)差压力差压力P1-P22.习惯表示：习惯表示：6 6第第5 5章章 真空技术真空技术1.1.1
5、 1研究意义研究意义2.2.冶金新工艺冶金新工艺：由于采用真空技术，发展了一系：由于采用真空技术，发展了一系列冶金新工艺，提高了产品质量，提供了优质列冶金新工艺，提高了产品质量，提供了优质的新材料。的新材料。3.3.真空冶金物理化学真空冶金物理化学：由于采用真空技术，改变：由于采用真空技术，改变了冶金过程物理化学条件，出现了许多真空冶了冶金过程物理化学条件，出现了许多真空冶金物理化学问题期待人们去解决。在近代冶金金物理化学问题期待人们去解决。在近代冶金和材料科学的研究和分析中也离不开真空技术。和材料科学的研究和分析中也离不开真空技术。第一节第一节概述概述7 7第第5 5章章 真空技术真空技术n
6、测试系统要求测试系统要求：在高温下，为防止试样氧：在高温下，为防止试样氧化，就需要将测试系统抽成真空或再通入化，就需要将测试系统抽成真空或再通入保护气体。金属中的气体分析，一些近代保护气体。金属中的气体分析，一些近代的测试仪器如电子的测试仪器如电子 探针、离子探针、电探针、离子探针、电子显微镜等，也都是在高真空下才得以实子显微镜等，也都是在高真空下才得以实现的。现的。n新材料制备新材料制备：表面物理化学研究，超纯材：表面物理化学研究，超纯材料制备，半导体集成电路制造，低温能源料制备，半导体集成电路制造，低温能源技术等，都需要超高真空技术技术等，都需要超高真空技术第一节第一节概述概述8 8第第5
7、 5章章 真空技术真空技术2、几个概念几个概念 真空真空凡是低于大气压的气体所存在的空间状态，称之凡是低于大气压的气体所存在的空间状态，称之为为真空真空 粗真空粗真空 100,0001000Pa 100,0001000Pa 低真空低真空10001000一一0.1 Pa 0.1 Pa 高真空高真空 0.1100.110-6-6 Pa Pa 超高真空超高真空 低于低于1010-6-6 Pa Pa 完全没有气体的空间状态称为完全没有气体的空间状态称为绝对真空绝对真空。第一节第一节概述概述9 9第第5 5章章 真空技术真空技术第一节第一节概述概述真空度真空度真空度真空度是表示真空程度的习惯用语，它不是
8、表示真空程度的习惯用语，它不用量度单位表示。用量度单位表示。最好也不要采用最好也不要采用“好好”“坏坏”或或”“高高”、“低低”这种词汇来表示，因为这些词汇不这种词汇来表示，因为这些词汇不能确切地表达真空度的概念。能确切地表达真空度的概念。1010第第5 5章章 真空技术真空技术1 1 重要概念重要概念u抽真空抽真空：获得真空的过程：获得真空的过程u真空泵真空泵：用来获得真空的器械称为真空泵。：用来获得真空的器械称为真空泵。u泵的起始工作压力泵的起始工作压力：真空泵开始工作时，被：真空泵开始工作时，被抽容器或真空泵的入气端应达到的气体压力抽容器或真空泵的入气端应达到的气体压力u前级泵前级泵（粗
9、抽泵粗抽泵）：一些泵可直接从大气压）：一些泵可直接从大气压下开始工作，如机械泵、吸附泵下开始工作，如机械泵、吸附泵第二节第二节真空的获得真空的获得1111第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得n n次级泵：次级泵：另一些泵只能从较低的气压抽到另一些泵只能从较低的气压抽到更低的气压，它们必须在前级泵产生的预更低的气压，它们必须在前级泵产生的预备真空备真空(前级真空前级真空)下才能工作，如扩散泵、下才能工作，如扩散泵、离子泵等离子泵等n显然，预备真空内的气压必须低于次级泵显然，预备真空内的气压必须低于次级泵的起始工作压力，次级泵才能开始抽气。的起始工作压力，次级泵才能开始
10、抽气。n n抽气速率抽气速率，简称抽速：在规定的气压下单，简称抽速：在规定的气压下单位时间内抽出的气体体积位时间内抽出的气体体积1212第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得uu平均自由程平均自由程平均自由程平均自由程 平均自由程，系指粒子平均自由程，系指粒子平均自由程，系指粒子平均自由程，系指粒子(分子、电子、离子、中子分子、电子、离子、中子分子、电子、离子、中子分子、电子、离子、中子)和同类粒子或异类粒子两次碰撞时所飞越的平均和同类粒子或异类粒子两次碰撞时所飞越的平均和同类粒子或异类粒子两次碰撞时所飞越的平均和同类粒子或异类粒子两次碰撞时所飞越的平均距离。距离。距
11、离。距离。uu流量或抽气量流量或抽气量流量或抽气量流量或抽气量 单位时间内流过真空泵或管道中某截面的气体量、单位时间内流过真空泵或管道中某截面的气体量、单位时间内流过真空泵或管道中某截面的气体量、单位时间内流过真空泵或管道中某截面的气体量、称为流量或抽气量。在真空技术中该量用某截面称为流量或抽气量。在真空技术中该量用某截面称为流量或抽气量。在真空技术中该量用某截面称为流量或抽气量。在真空技术中该量用某截面上的压强乘以单位时间内流过的气体体积来表示上的压强乘以单位时间内流过的气体体积来表示上的压强乘以单位时间内流过的气体体积来表示上的压强乘以单位时间内流过的气体体积来表示有时简称为有时简称为有时
12、简称为有时简称为Q Q Q Q值。符号为值。符号为值。符号为值。符号为Q Q Q Q。单位为。单位为。单位为。单位为P aP aP aP a。1313第第5 5章章 真空技术真空技术1.1.可直接获得可直接获得0.1Pa0.1Pa以下的真空度，可作为其他真空以下的真空度，可作为其他真空设备的前级泵使用设备的前级泵使用2.2.特点：特点：l由钢铁制造，属于精密设备由钢铁制造，属于精密设备l主要工作部件浸在真空泵油中，因此不适合抽取对主要工作部件浸在真空泵油中，因此不适合抽取对真空泵油起化学作用真空泵油起化学作用 或对钢铁有腐蚀作用的气体或对钢铁有腐蚀作用的气体第二节第二节真空的获得真空的获得-旋
13、片式机械真空泵旋片式机械真空泵1414第第5 5章章 真空技术真空技术3.工作原理工作原理整个泵体浸没在真空泵油中，整个泵体浸没在真空泵油中，转转子子紧贴在紧贴在定子定子圆柱形空腔的上部，圆柱形空腔的上部，并和空腔不同轴。转子由电动机并和空腔不同轴。转子由电动机带动在空腔内旋转，由于弹簧的带动在空腔内旋转，由于弹簧的作用，转子上的翼片总是紧贴在作用，转子上的翼片总是紧贴在空腔壁上。空腔壁上。当转子顺时针方向转动时，与进当转子顺时针方向转动时，与进气管气管2 2相通的空腔逐渐增大并吸相通的空腔逐渐增大并吸入气体，与排气阀相通的空腔则入气体，与排气阀相通的空腔则逐渐缩小，将气体压缩，直至冲逐渐缩小
14、，将气体压缩，直至冲开阀门，通过油层排入排气管进开阀门，通过油层排入排气管进入大气。入大气。第二节第二节真空的获得真空的获得-旋片式机械真空泵旋片式机械真空泵1515第第5 5章章 真空技术真空技术I.该抽气机制对于抽取永久性气体（即常温该抽气机制对于抽取永久性气体（即常温下压缩不会液化的气体，比如空气）很有下压缩不会液化的气体，比如空气）很有效，对于象水蒸气那样的可凝结性气体，效，对于象水蒸气那样的可凝结性气体，在压缩过程中就可能液化混入真空泵油中在压缩过程中就可能液化混入真空泵油中II.只能按照规定方向旋转，否则油会压入真只能按照规定方向旋转，否则油会压入真空系统空系统III.停止工作时，
15、先将泵与连接真空系统的阀停止工作时，先将泵与连接真空系统的阀门关闭，再向泵中放干燥空气，否则泵油门关闭，再向泵中放干燥空气，否则泵油会进入被抽系统会进入被抽系统小注小注小注小注第二节第二节真空的获得真空的获得-旋片式机械真空泵旋片式机械真空泵1616第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得-旋片式机械真空泵旋片式机械真空泵金属屑、玻璃渣之类金属屑、玻璃渣之类抽水分过多（串连：干燥剂氯化钙或抽水分过多（串连：干燥剂氯化钙或五氧化二磷；吸收剂固体氢氧化五氧化二磷；吸收剂固体氢氧化钠；冷阱用致冷剂）钠；冷阱用致冷剂）抽挥发性气体如乙醚或腐蚀性气体如抽挥发性气体如乙醚或腐蚀性气
16、体如氯化氢氯化氢使使用用注注意意事事项项1717第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得-扩散泵扩散泵n n结构如图所示，工作时，先用前级泵即将结构如图所示，工作时，先用前级泵即将扩散泵及系统抽成预备真空扩散泵及系统抽成预备真空0.1Pa，由电炉，由电炉加热，扩散泵油在真空下挥发成蒸气，沿加热，扩散泵油在真空下挥发成蒸气，沿着导管上升，由喷嘴喷出，可以设一二三着导管上升，由喷嘴喷出，可以设一二三四级不等，高速喷出的油蒸气在水冷壁上四级不等，高速喷出的油蒸气在水冷壁上又凝结成液体经过导管流回泵底，再重新又凝结成液体经过导管流回泵底，再重新加热气化，不断循环。加热气化，不断
17、循环。1818第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得-扩散泵扩散泵 扩扩散散泵泵是是获获得得高高真真空空的的抽抽气气设设备备10-310-8Torr的的高高真真空空)，按按泵泵的的工工作介质可分为汞扩散泵和油扩散泵作介质可分为汞扩散泵和油扩散泵。常常见见的的是是硅硅油油扩扩散散泵泵，以以油油泵泵作作为为其前级泵。其前级泵。1919第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得-扩散泵扩散泵n n被抽系统的气体分子由于热运动扩散被抽系统的气体分子由于热运动扩散经过进气口进入下面空间中，在大量经过进气口进入下面空间中，在大量高速定向运动的油分子（一般是硅
18、油）高速定向运动的油分子（一般是硅油）碰撞下被带到泵的下部，经过排气口碰撞下被带到泵的下部，经过排气口经过前级泵抽走。经过前级泵抽走。2020第第5 5章章 真空技术真空技术工工作作液液最最好好用用硅硅油油，硅硅油油分分子子量量大大，蒸蒸气气压压低低，有有利利于提高真空度。汞有毒，最好不用于提高真空度。汞有毒，最好不用。扩散泵使用注意事项：扩散泵使用注意事项：由由于于扩扩散散泵泵的的有有效效工工作作范范围围在在10-110-8Torr，所所以以在在使使用用扩扩散散泵泵时时，必必须须要要用用前前级级泵泵，将将压压力力降降到到10-1Torr以下，并且前级泵的抽气速度必须大于扩散泵。以下，并且前级
19、泵的抽气速度必须大于扩散泵。泵泵的的冷冷却却和和加加热热器器加加热热对对泵泵的的工工作作效效率率也也很很重重要要，防防止止泵泵油油返返流流现现象象。加加热热、冷冷却却必必须须缓缓慢慢进进行行，防防止止扩扩散散泵泵爆裂。爆裂。2121第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得-扩散泵扩散泵n n该过程存在两个有害的反向扩散：该过程存在两个有害的反向扩散：n n一是被抽气体分子被压倒泵底，上下存在一是被抽气体分子被压倒泵底，上下存在密度差，气体分子回向上部反向运动密度差，气体分子回向上部反向运动n n二是定向运动的油分子与被抽气体碰撞后，二是定向运动的油分子与被抽气体碰撞后，
20、有一部分会改变方向进入被抽系统；另外有一部分会改变方向进入被抽系统；另外喷嘴处的油蒸气分子密度大于被抽系统的喷嘴处的油蒸气分子密度大于被抽系统的油蒸气密度，油分子会反向进入被抽系统油蒸气密度，油分子会反向进入被抽系统 2222第第5 5章章 真空技术真空技术第二节第二节真空的获得真空的获得-扩散泵扩散泵使用注意事项：使用注意事项：普通油扩散泵的极限真空度为普通油扩散泵的极限真空度为10-5Pa，超，超高真空油扩散泵达到高真空油扩散泵达到510-8Pa预真空下开始工作预真空下开始工作冷却水套必须充满冷水，未通水不得开启冷却水套必须充满冷水，未通水不得开启加热扩散泵油加热扩散泵油停机时，先停止加热
21、，待油冷却后再停止停机时，先停止加热，待油冷却后再停止冷却水冷却水2323第第5 5章章 真空技术真空技术每一种真空规都有一定的量程范围。在不同的压力范每一种真空规都有一定的量程范围。在不同的压力范围内选择不同的真空规。真空规为两大类：围内选择不同的真空规。真空规为两大类：I.一类是一类是麦克劳麦克劳(McLeodHD)真空规真空规，直接测量压，直接测量压力的力的II.另一类另一类相对真空规相对真空规，利用测量与压力有关的物理，利用测量与压力有关的物理量的变化来间接测量压力，可以实现连续快速测量的变化来间接测量压力，可以实现连续快速测量，但准确度不够。量，但准确度不够。u测量真空度的仪器称为测
22、量真空度的仪器称为真空计真空计或或真空规。真空规。第三节第三节真空的测定真空的测定-真空规真空规2424第第5 5章章 真空技术真空技术按测量方法的原理来分可以分为：按测量方法的原理来分可以分为：基于基于力的作用原理力的作用原理：U形管形管，波登管式，波登管式，波纹管式，膜片式；波纹管式，膜片式；基于基于压缩作用原理：压缩作用原理：麦氏真空计麦氏真空计*；基于基于导热作用原理：导热作用原理：电阻真空计，热电偶电阻真空计，热电偶真空计真空计*；基于基于电离作用原理：电离作用原理：热阴极式热阴极式*，冷阴极，冷阴极式，放射性真空计。式，放射性真空计。第三节真空的测定-真空规25第5章真空技术随着系
23、统中真空度的升高，U形管真空侧的液面在大气作用下随之上升。依据两管中校面的高度差，就可以测得真空系统中的真空度，即p=pa-h，其中p为系统中真空度，pa为大气压值，h为两液面之差。选选第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（1）U形管真空计形管真空计水银或油水银或油大气大气26第5章真空技术玻义耳玻义耳-马略特定律马略特定律它反映气体的体积随压强改变而改变的规律。它反映气体的体积随压强改变而改变的规律。对于一对于一定质量的气体，在其温度保持不变时，它的压强和体积定质量的气体，在其温度保持不变时，它的压强和体积成反比成反比；或者说，其压强；或者说，其压强P与它的体积与它的体积V的乘
24、积为一常量，的乘积为一常量，即即PV=C（常数）（常数）（T不变时）不变时）或或P1V1P2V2=PnVn实际气体只是在实际气体只是在压强不太高、温度不太低压强不太高、温度不太低的条件下才的条件下才服从这一定律。服从这一定律。第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规真空规（2）麦克劳真空计）麦克劳真空计复习复习27第5章真空技术麦氏计是一种绝对真空计，测量范围为1.3xl031.3108帕，精度较高，可作为其它真空计的标准。它是于1874年由麦克劳研制的，故命名为麦克劳真空计，简称麦氏计。毛细管毛细管28第5章真空技术1毛毛细细管管(接接真真空空系系统统)2、3毛细管毛细管4-玻璃泡玻璃泡5
25、毛毛细细管管6活活塞塞(接接空空气气泵泵)7汞容器汞容器8底座底座工作原理：工作原理：它它首首先先是是让让被被测测真真空空系系统统的的残残留留气气体体进进入入规规内内，然然后后加加以以压压缩缩，比比较较压压缩缩前前后后的的体体积积和和压压力力的的变变化化，就可算出其真空度。就可算出其真空度。第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规真空规（2）麦克劳真空计）麦克劳真空计29第5章真空技术毛细管A、玻璃泡及下面一段管子(到a-a面为止)的体积为V1。测量前需用油封机械泵将水银瓶抽真空，使水银面处于a-a位置。这时，玻璃泡与真空系统相通，其压强与真空系统相同，均为p。转动切换阀门，切断油封机械泵，
26、使水银瓶与干燥空气相通。此时，水银瓶中水银在干燥空气压力作用下，沿导液管上升，充满玻璃泡然后沿毛细管A上升，使玻璃泡和毛细管A中气体被压缩到毛细管A的顶部，其体积为V2。因管A中压强高于管B中压强，使两个毛细管产生高度差h，这时，根据物理学中波义耳定律就可计算出真空系统中的压强，即pV1=(p+h)V2其中p为真空系统中压强。了解了解30第5章真空技术特点：特点：由于这种真空规操作较慢；由于这种真空规操作较慢；不能连续读数；不能连续读数；且要用有毒的汞作工作液，因此人们且要用有毒的汞作工作液，因此人们不愿意直接不愿意直接 用它；用它；是直接测量气体压力的真空规，可用是直接测量气体压力的真空规，
27、可用于校正其他真空规于校正其他真空规第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规真空规（2）麦克劳真空计）麦克劳真空计31第5章真空技术原理：原理：低压下（低压下（低真空低真空）气体热导率与其压）气体热导率与其压力之间关系力之间关系测量测量即：即：K=bPb：比例常数比例常数第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（3）热导式真空计）热导式真空计气体导热系数气体导热系数气体压力气体压力32第5章真空技术假设灯丝由导热损失的热量与加热电流假设灯丝由导热损失的热量与加热电流I所产生的热量平衡时，所产生的热量平衡时，灯丝温度不变。其平衡方程为灯丝温度不变。其平衡方程为其中其中R为灯丝电阻；为
28、灯丝电阻；E1为气体分子迁移热量；为气体分子迁移热量；E2为辐射迁移热量；为辐射迁移热量；E3为引出导线的迁移热量。为引出导线的迁移热量。若由于压力减小而使若由于压力减小而使E1减小，则当减小，则当I不变时，平衡方程将失去不变时，平衡方程将失去平衡，使灯丝温度变化。平衡，使灯丝温度变化。第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（3）热导式真空计）热导式真空计33第5章真空技术 根据灯丝温度来衡量压力的变化。根据灯丝温度来衡量压力的变化。热导真空计是通过测量灯丝温度来决定压力大小的。热导真空计是通过测量灯丝温度来决定压力大小的。根据根据测定气体热传导方法测定气体热传导方法的不同，热导式
29、真空计可分为：的不同，热导式真空计可分为：电阻真空计电阻真空计热电偶真空计热电偶真空计 第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（3）热导式真空计）热导式真空计34第5章真空技术第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（3）热导式真空计）热导式真空计-热电阻真空计热电阻真空计(1)电阻真空计电阻真空计 （又称皮喇尼真空计）（又称皮喇尼真空计）在较低的压力在较低的压力(小于小于13.3Pa)时，时，热电阻丝热电阻丝的电阻值取决于周围气体的压强。的电阻值取决于周围气体的压强。电阻式电阻式硅管硅管测量电路测量电路钨丝或铂钨丝或铂丝丝35第5章真空技术资料资料1成都国光电气股份有限
30、公司成都国光电气股份有限公司规格规格电阻真空规管外形图36第5章真空技术型号型号ZJ-52ZJ-52AZJ-52BZJ-52CZJ-52DZJ-52EZJ-52FZJ-52T(G)ZJ-52T(M)测量范围测量范围Pa31030.11050.1灯丝阻值灯丝阻值10012.510012.510012.5100902902连接直径连接直径mm连接法兰连接法兰18-18-DN16KF-DN16KF-DN16CF-DN16CFZ3/8-15.50.5-15.50.5DN10KF电阻真空规管型号系列表 资料资料2成都国光电气股份有限公司成都国光电气股份有限公司37第5章真空技术热偶丝的热电势由加热丝的温
31、度决定热偶丝的热电势由加热丝的温度决定维持加热丝电流恒定，热偶丝的热电势维持加热丝电流恒定，热偶丝的热电势将由其周围的气体压强决定。当压强低将由其周围的气体压强决定。当压强低于某一定值时，气体导热系数与压强成于某一定值时，气体导热系数与压强成正比，从而可找出热电势与压强的关系，正比，从而可找出热电势与压强的关系，直接用表头指示真空度直接用表头指示真空度第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（3）热导式真空计）热导式真空计-热电偶真空计热电偶真空计玻璃壳玻璃壳铂丝铂丝热电偶热电偶铂丝的作用：用于加热热电偶，铂丝的作用：用于加热热电偶，通以恒定电流，其温度为通以恒定电流，其温度为100
32、-200。38第5章真空技术第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（3）热导式真空计）热导式真空计-热电偶真空计热电偶真空计39第5章真空技术热偶真空规管外形图资料资料3成都国光电气股份有限公司成都国光电气股份有限公司40第5章真空技术型号型号ZJ-51M007BM007CM007DM007EM007FZJ-56ZJ-53BZJ-54D测量范围测量范围Pa100.11000.1灯丝电流灯丝电流mA90-13090-13090-13090-13090-13090-13090-130283902热丝冷阻热丝冷阻717171717171719.519.51连接直径连接直径mm连接法兰连接
33、法兰15.50.5-15-DN25KF15.50.5-200.1-6-15.50.5-15.50.5-测量最大真空小于测量最大真空小于0.1 Pa0.1 Pa电偶真空规管型号系列表资料资料4成都国光电气股份有限公司成都国光电气股份有限公司41第5章真空技术热导真空计使用特点：热导真空计使用特点：特点特点1：通常它们是和绝对真空计平行测量而：通常它们是和绝对真空计平行测量而作出其刻度曲线的。它们的读数与气体种类作出其刻度曲线的。它们的读数与气体种类有关，用空气作的刻度曲线不能用于其他气有关，用空气作的刻度曲线不能用于其他气体。体。特点特点2：此两种真空规结构简单，使用方便：此两种真空规结构简单，
34、使用方便可远距离测量。可远距离测量。第三节第三节 真空的测定真空的测定-真空规（真空规（3）热）热导式真空计导式真空计42第5章真空技术第三节第三节 真空的测定真空的测定-（4）电）电 离离 真真 空空 计计-重重要要43第5章真空技术3.冷阴极电离真空规管外形图资料资料5成都国光电气股份有限公司成都国光电气股份有限公司44第5章真空技术（量程范围为：110-3510-10托）电离真空计诞生于电离真空计诞生于1916年，由巴克年，由巴克利首先研制成功。以后不断地改进，利首先研制成功。以后不断地改进，使其测量范围达到使其测量范围达到1.31021.3105帕，变成了帕，变成了高真空高真空区域广泛
35、使用区域广泛使用的真空计。的真空计。电电 离离 真真 空空 计计45第5章真空技术电电 离离 真真 空空 计计 这种真空计可以远距离测量，易于这种真空计可以远距离测量，易于实现自动记录及控制，由于有炽热实现自动记录及控制，由于有炽热的灯丝，不适于测高氧含量气体。的灯丝，不适于测高氧含量气体。46第5章真空技术电离真空计有三种形式：电离真空计有三种形式：热阴极电离真空计热阴极电离真空计冷阴极电离真空计冷阴极电离真空计放射性电离真空计。放射性电离真空计。电电 离离 真真 空空 计种类计种类47第5章真空技术不同气体稀薄状况不同，引起气体电离的情况有差异不同气体稀薄状况不同，引起气体电离的情况有差异
36、利用离子电流测量压力。利用离子电流测量压力。在气体中如果有动能足够大的电子与气体分子相碰撞，它可以从气体分子中击出一个或几个电子使在气体中如果有动能足够大的电子与气体分子相碰撞，它可以从气体分子中击出一个或几个电子使气体分子成为正离子。气体分子成为正离子。把这种正离子收集到一个电极上使其产生离子电流，在稀薄气体中，它与气体压力有关。把这种正离子收集到一个电极上使其产生离子电流，在稀薄气体中，它与气体压力有关。电电 离离 真真 空空 计原理计原理e气体分气体分子子e2e2正离子电流正离子电流（与气体压力有关）（与气体压力有关）e2e2e48第5章真空技术阴极阴极(灯丝灯丝)：发射电子发射电子，被
37、，被带正电的加带正电的加速极作用，以加速度运动，当电子的动速极作用，以加速度运动，当电子的动能足够大，在飞向加速极的路途中与管能足够大，在飞向加速极的路途中与管内低压气体分子碰撞，使气体分子电离，内低压气体分子碰撞，使气体分子电离，产生电子和正离子，之后产生电子和正离子，之后螺旋形栅极螺旋形栅极(加速极加速极)：电子形成电流电子形成电流Ie圆筒形收集极（带圆筒形收集极（带负电位负电位）：）：形成离子形成离子电流电流Ii。49第5章真空技术阴极用以通电加热发射电子；阴极用以通电加热发射电子；2009-3-3栅极带正电势，用以加速和捕获电子；栅极带正电势，用以加速和捕获电子；板极带负电势，用以排斥
38、电子和捕获正离板极带负电势，用以排斥电子和捕获正离子。子。电电 离离 真真 空空 计部件作用计部件作用50第5章真空技术式中，k为规管的灵敏度。由于用电离真空计测量压力时，电子电流保持不变，故当压力足够低当压力足够低(低于低于10-1Pa)时，离子电流时，离子电流Ii与电子电流与电子电流Ie之比正比于气体的压力之比正比于气体的压力p，即即51第5章真空技术电子在运动过程中与稀薄气体分子碰撞时，如果电子具有的电子在运动过程中与稀薄气体分子碰撞时，如果电子具有的能量大于气体的电离能，能量大于气体的电离能，则气体分子将发生电离，产生则气体分子将发生电离，产生正离正离正离正离子子子子和和次级电子次级电
39、子次级电子次级电子。G灯丝阴极:当系统抽至一定的真空度当系统抽至一定的真空度后通电加热后通电加热阴极阴极阴极阴极，使阴极发射出热电，使阴极发射出热电子子F栅极栅极:带正电势。捕获电子，捕获电子，在线路中产生电流在线路中产生电流I-E:极板，带负电势。正离子正离子飞向带负电势的极板，在极飞向带负电势的极板，在极板上获得电子而复合成板上获得电子而复合成中性中性中性中性分子分子分子分子，在线路中产生一种，在线路中产生一种离离离离子电流子电流子电流子电流I+I+。此电流又称为离。此电流又称为离子的子的收集电流收集电流收集电流收集电流。在一定温度下，当气体压力低于在一定温度下，当气体压力低于0.1 Pa
40、0.1 Pa时，时，I+I+与与I-I-之比值正之比值正比于气体的压力比于气体的压力P P，比例系数比例系数比例系数比例系数K K K K称为电离真空规的称为电离真空规的灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度，其，其意义是在意义是在单位电子电流和单位压力下所得到的离子电流单位电子电流和单位压力下所得到的离子电流单位电子电流和单位压力下所得到的离子电流单位电子电流和单位压力下所得到的离子电流52第5章真空技术与绝对真空规相对比而作出的。与绝对真空规相对比而作出的。测定高真空：测定高真空：1010-1-1 1010-6-6PaPa范围内。范围内。由于不同的气体有不同的电离电势，所以各种气体的刻度曲线由于不同的气
41、体有不同的电离电势，所以各种气体的刻度曲线也不一样。绝大多数电离规的刻度曲线都是用氮作被测气体绘也不一样。绝大多数电离规的刻度曲线都是用氮作被测气体绘出的。出的。所以：所以：残余气体中以小分子为主时，容易电离，测得真空度低，低残余气体中以小分子为主时，容易电离，测得真空度低，低于真正的压力；于真正的压力；残余气体中以大分子为主时，其读数高于真实的压力。残余气体中以大分子为主时，其读数高于真实的压力。刻度刻度热阴极电离真空规热阴极电离真空规5353第第5 5章章 真空技术真空技术资料资料8成都国光电气股份有限公司成都国光电气股份有限公司电电 离离 真真 空空 计计54第5章真空技术4.冷阴极电离真空规管外形图资料资料7成都国光电气股份有限公司成都国光电气股份有限公司5555第第5 5章章 真空技术真空技术本章小结1.几个概念：真空、真空度、真空泵、前级泵和次级泵几个概念：真空、真空度、真空泵、前级泵和次级泵2.旋片式真空泵旋片式真空泵/扩散泵的结构和工作原理扩散泵的结构和工作原理3.真空规的分类，真空规的分类，“热电阻热电偶真空规热电阻热电偶真空规”和和”热阴极电热阴极电离真空规离真空规“工作原理工作原理5656第第5 5章章 真空技术真空技术