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1、真空泵分类第1页，本讲稿共31页 一、概述一、概述 压力和温度一样是系统的状态参数，与许多物化性质相关。物化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。不同压力系统有着不同的实验中，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测量方法和技术。二、压力的定义和习惯表示二、压力的定义和习惯表示1、定义：压力即物理中的压强，具有压强的量纲。、定义：压力即物理中的压强，具有压强的量纲。(1)帕斯卡帕斯卡(帕帕)：Pa ;1 Pa=1 N m-2=105 达因达因/平方厘米平方厘米(2)标准大气压：标准大气压：atm;1atm=10
2、1.325 KPa(3)毫米汞柱毫米汞柱(乇乇)：mmHg(Torr);1mmHg=1 Torr=1.333 10 2 Pa(4)巴巴：bar(B)1B=105 Pa ;1mB=0.1 KPa(5)毫米水柱：毫米水柱：1 mmH2O=9.806 Pa (4 oC)第2页，本讲稿共31页(1)绝对压力绝对压力 P (2)相对压力相对压力 p=P Po(3)正压力正压力 P Po(4)负压力负压力 P Po (5)差压力差压力 P1-P2 三、常用测压仪表三、常用测压仪表1.液柱式测压仪：液柱式测压仪：(1)特特点点：范范围围低低于于1000mmHg的的压压力力，压压差差，负负压压。精精度度高，简
3、单方便。工作物质高，简单方便。工作物质Hg,有毒，玻璃管易碎有毒，玻璃管易碎。2.习惯表示：习惯表示：第3页，本讲稿共31页(2)原理：原理：静力学平衡：静力学平衡：P+(H+h)1g=H 3g+h 2g+Po 1,2 为为充充液液上上方方的的气气体体密密度度。3为为充充液液密度。密度。Po 为大气压力。为大气压力。(3)注意：注意：充液充液 小，小，H 大，灵敏度则高。大，灵敏度则高。U型型管管两两边边内内径径不不同同，H 值值不不可可用用一边的变化乘以二代替。一边的变化乘以二代替。内内径径大大于于等等于于10mm，最最小小刻刻度度 1mm,以防毛细现象影响。以防毛细现象影响。有必要温度校正
4、：有必要温度校正：ho=ht t/o t/o值可查表。值可查表。第4页，本讲稿共31页2.弹性压力计：弹性压力计：(1)特点：特点：使使用用了了弹弹性性元元件件的的弹弹性性力力来来测测量压力。量压力。分分真真空空表表和和正正压压力力表表，刻刻度度分分别别为为mmHg和和atm.结结构构简简单单，读读数数方方便便，测测压压范围广，价格便宜。范围广，价格便宜。(2)原理：原理：弹弹簧簧管管受受压压形形变变，使使得得元元件件相相应应部部分分发发生生了了位位移移。从从而而推推动动指指针针向着一定的方向运动。并指示出相应的压力值。向着一定的方向运动。并指示出相应的压力值。第5页，本讲稿共31页(3)注意
5、：注意：合理选择量程。合理选择量程。不超过不超过35oC使用，否则要校正。使用，否则要校正。压力表指针平稳后，才能读数压力表指针平稳后，才能读数 定期校验。定期校验。第6页，本讲稿共31页(2)分类：分类：(1)特点：特点：由压力传感器，测量电路和电性指示器三部分组成。由压力传感器，测量电路和电性指示器三部分组成。霍尔压力变送器：霍尔压力变送器：由由弹弹性性元元件件受受压压变变化化时时自自由由端端的的位位移移，可可转转换换成电压信号输出。成电压信号输出。3.电测压计：电测压计：第7页，本讲稿共31页电位器压力变送器：电位器压力变送器：与与动动圈圈式式仪仪表表配配合合使使用用。受受压压弹弹性性元
6、元件件的的变变化化带带动动电电位位器器触触点点改改变变，致致使使电电阻阻变变化化。由由此此电电桥桥平平衡衡打打破破，产生不平衡电压。产生不平衡电压。压电式压力传感器：压电式压力传感器：压电晶体把压力效应转换成电压电晶体把压力效应转换成电信号。信号。压阻式压力传感器：压阻式压力传感器：外压变化，电阻变化外压变化，电阻变化(如：如：Si,Ge)，电桥平衡破坏，产生，电桥平衡破坏，产生相应电信号。相应电信号。第8页，本讲稿共31页四、气压表四、气压表1.福廷式气压计福廷式气压计数字式低真空压力测试仪：数字式低真空压力测试仪：压阻式传感器。接真空，预热压阻式传感器。接真空，预热10min即可正常工作。
7、即可正常工作。(1)结构：结构：1 游游标标 2、3 汞汞柱柱 4 游游标标螺螺丝丝 5 汞汞槽槽 6 象象牙牙针针 7 调调整整螺螺丝丝 8 汞汞面面 9 羊羊皮皮袋袋 10 调调节螺丝节螺丝(2)使用：使用：第9页，本讲稿共31页(3)校正：校正：测测定定条条件件为为0 oC，45o 纬纬度度，海海平平面面760mmHg于于1atm，实际并非如此。实际并非如此。仪器校正：仪器校正：仪器误差校正卡，出厂时即附带。仪器误差校正卡，出厂时即附带。“读数读数+校正值校正值”温温度度校校正正：T的的变变化化致致使使Hg和和黄黄铜铜变变化化的的长长度度不不同同，当当大大于于0 oC时时，“读数读数-校
8、正值校正值”,当小于当小于0 oC时，时，“读数读数+校正值校正值”po=(1+t)p/(1+t)=1+(-)/(1+t)p p为为气气压压计计读读数数；t 为为测测量量温温度度(oC)；0 oC-35 oC时时，为为Hg的的平平均均体体膨膨胀胀系系数数 1.818 10-4 K-1，为为黄黄铜铜线线膨膨胀胀系系数数 1.84 10-5 K-1，po为校正到为校正到0 oC时的大气压值。时的大气压值。第10页，本讲稿共31页海拔高度和纬度校正：海拔高度和纬度校正：ps=po(1-2.6 10-3cos2L)(1-3.14 10-7h)误差小时，可忽略。误差小时，可忽略。例例1：某某地地 北北纬
9、纬 32o，海海拔拔 10m，室室温温 25 oC，读读数数 759mmHg,仪仪器器校正校正 0.4mmHg，求校正后的读数。，求校正后的读数。(756mmHg)第11页，本讲稿共31页2.固定槽式气压计：固定槽式气压计：区别：不要调节针尖。区别：不要调节针尖。读数单位为读数单位为mB 1mB=0.75mmHg=0.1KPa3空盒气压计空盒气压计由由多多个个空空盒盒组组成成，在在大大气气压压力力影影响响下下，可可产产生生轴轴向向移移动动，从从而而带带动动指指针针运运动动。气气盒盒受受压压，指指针针顺顺时时针针运运动动，反反之之，逆逆时时针运动。针运动。第12页，本讲稿共31页特点：体积小，重
10、量轻，不要固定，要水平放置，精度差。特点：体积小，重量轻，不要固定，要水平放置，精度差。范范围围：600mmHg 800mmHg,温温度度：-10 oC 40 oC。最最小小分分度度：0.5 mmHg，误差，误差 小于等于小于等于 1.5 mmHg。例例2：仪仪器器校校正正值值 0.7 mmHg，温温度度校校正正 0.05mmHg(每每升升温温1 oC)，读数读数 760mmHg，室温，室温 30 oC，求校正后的值。，求校正后的值。第13页，本讲稿共31页五、真空技术五、真空技术 真真空空是是指指一一个个系系统统的的压压力力低低于于标标准准压压力力的的气气态态空空间间。为为了了获获得得真真空
11、空，就就必必须须设设法法将将气气体体分分子子从从容容器器中中抽抽出出，凡凡是是能能从从容容器器中中抽抽出气体，使气体压力降低的装置均称为真空泵。出气体，使气体压力降低的装置均称为真空泵。真空分类：真空分类：粗真空：粗真空：101.3KPa-1333Pa 低真空：低真空：1333Pa-0.1333Pa 高真空：高真空：0.1333Pa-1.333 10-6 Pa 超真空：超真空：1.333 10-6 Pa第14页，本讲稿共31页真空泵分类：真空泵分类：(1)水流泵水流泵 水水流流泵泵应应用用的的是是柏柏努努利利原原理理，水水经经过过收收缩缩的的喷喷口口以以高高速速喷喷出出，其其周周围围区区域域的
12、的压压力力较较低低,由由系系统统中中进进入入的的气气体体分分子子便便被被高高速速喷喷出出的的水水流流带带走走。水水流流泵泵所所能能达达到到的的极极限限真真空空度度受受水水本本身身的的蒸蒸气气压压限限制制。用用它它一一般般可可获获得得粗粗真真空空(76010 Torr)。尽尽管管其其效效率率低低，但但由由于于简简便便，实实验验室室在在抽抽滤滤或或其其它它粗粗真真空空度要求时却经常使用。度要求时却经常使用。第15页，本讲稿共31页(2)油封机械真空泵油封机械真空泵1 定子定子 2 旋片旋片 3 转子转子4 弹簧弹簧 5 进气口进气口 6 出气口出气口 泵泵的的抽抽气气原原理理是是基基于于气气体体的
13、的压压缩缩和和膨膨胀胀。当当抽抽除除含含有有冷冷凝凝蒸蒸气气的的气气体体时时，蒸蒸气气被被压压缩缩，压压力力增增大大，蒸蒸气气就就会会凝凝结结。凝凝成成的的液液体体与与泵泵油油混混合合，并并随随油油在在泵泵中中循循环环，把把一一些些污污染染的的液液体体带带到到低低压压区区，液液体体在在低低压压区区蒸蒸发发，从从而而限限制制了了泵泵可可达达到到的的真真空空度度(一一般般可可达达到到 110-3 Torr 的的低低真真空空度度)，实实验验室室可可用用它它获获得得低低真真空空，也也作作为为获获得得高高真空的前级泵。真空的前级泵。第16页，本讲稿共31页油泵使用注意使用注意事项：不不能能直直接接用用来
14、来抽抽出出冷冷凝凝性性气气体体如如水水蒸蒸气气，挥挥发发性性气气体体如如乙乙醚醚或或腐腐蚀蚀性性气气体体如如氯氯化化氢氢等等。若若要要应应用用，则则应应在在泵泵的的进进气气口口前前端端加加接接干干燥瓶、吸收瓶或冷阱。燥瓶、吸收瓶或冷阱。常常用用的的干干燥燥剂剂有有氯氯化化钙钙或或五五氧氧化化二二磷磷等等，吸吸收收剂剂常常用用固固体体氢氢氧氧化化钠等，冷阱常用的致冷剂为固体二氧化碳钠等，冷阱常用的致冷剂为固体二氧化碳(-78)或液氮或液氮(-196)。用泵之前应该检查马达的额定电压和接线方法，运转方向用泵之前应该检查马达的额定电压和接线方法，运转方向和泵油量是否适量。运转时电机温升一般不可超过和
15、泵油量是否适量。运转时电机温升一般不可超过 65，不，不应有异常声音。应有异常声音。第17页，本讲稿共31页开泵或停泵前，应使泵先与大气相通开泵或停泵前，应使泵先与大气相通，以避免带负载启动或，以避免带负载启动或泵油冲入真空系统。泵油冲入真空系统。(即即 倒吸倒吸)(3)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 10-310-8 Torr 的的高高真真空空)，按按泵泵的的工工作作介介质质可可分分为为汞汞扩扩散泵和油扩散泵散泵和油扩散泵。常常见见的的是是硅硅油油扩扩散散泵泵，以以油油泵泵作为其前级泵。作为其前级泵。第18页，本讲稿共31页 工工作作液液最最好好用用硅
16、硅油油，硅硅油油分分子子量量大大，蒸蒸气气压压低低，有有利利于于提提高高真真空度。汞有毒，最好不用空度。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 10-110-8 Torr，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 10-1 Torr 以以下下，并并且且前级泵的抽气速度必须大于扩散泵。前级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象。加热、冷却必须缓慢进行，防止扩散泵爆裂。现象。加
17、热、冷却必须缓慢进行，防止扩散泵爆裂。第19页，本讲稿共31页六、真空测量六、真空测量用真空压力表可测得低真空的压力，对于真空度较高的体系，用真空压力表可测得低真空的压力，对于真空度较高的体系，必须要用其它真空计来测量其真空度。必须要用其它真空计来测量其真空度。粗真空或低真空：粗真空或低真空：U型管压差计型管压差计 真空表真空表 较高或高真空：较高或高真空：真空规：绝对真空规真空规：绝对真空规 麦氏真空规麦氏真空规 相对真空规相对真空规 热偶真空规热偶真空规 电离真空规电离真空规第20页，本讲稿共31页(1)麦氏麦氏(Mcleod)真空规真空规1 毛毛细细管管(接接真真空空系系统统)2、3 毛
18、细管毛细管 4-玻璃泡玻璃泡 5 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 麦麦氏氏真真空空规规又又称称为为压压缩缩真真空空计计，是是在在 110-6 Torr 的的范范围围内内测测量量绝绝对对压压力力的的仪仪器器。麦麦氏氏规规是是根根据据波波义义耳耳定定律律来来测测量量真真空空度度的的。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，就就可可算算出出其其真真空空度度。麦麦氏氏真真空空规规有有台台式式和和转转式式两两种。种。第21页，本讲
19、稿共31页(2)热偶热偶电离真空规电离真空规(复合真空计复合真空计)热偶真空规热偶真空规工作原理图工作原理图电离真空规电离真空规工作原理图工作原理图 复合真空计面板图复合真空计面板图1 电源指示电源指示 2 电源开关电源开关 3 电流调节电流调节 4 加热、测量旋钮加热、测量旋钮 5 发射调节发射调节 6 去气、测量开关去气、测量开关 7 发射、测量旋钮发射、测量旋钮 8 零点调节零点调节 9 标准、测量倍率旋钮标准、测量倍率旋钮 10 标准调节标准调节 11 灯丝开关灯丝开关 12 灯丝指示灯丝指示第22页，本讲稿共31页 热热偶偶规规管管由由加加热热丝丝和和电电偶偶丝丝组组成成，热热偶偶丝
20、丝的的热热电电势势由由加加热热丝丝的的温温度度决决定定。当当热热偶偶规规与与真真空空系系统统相相联联时时，如如果果维维持持加加热热丝丝电电流流恒恒定定，则则热热偶偶丝丝的的热热电电势势将将由由其其周周围围的的气气体体压压强强决决定定，当当压压强强低低于于某某一一定定值值时时，气气体体导导热热系系数数与与压压强强成成正正比比，从从而而可可找找出出热热电电势势与与压压强强的的关系，直接用表头指示真空度关系，直接用表头指示真空度 电电离离真真空空规规为为一一只只特特殊殊的的三三极极真真空空管管，收收集集极极的的电电极极相相对对于于阴阴极极为为-30 V，而而栅栅极极上上正正电电位位为为正正 200
21、V，若若使使阴阴极极发发射射的的电电子子流流和和栅栅极极的的电电位位稳稳定定，则则阴阴极极发发射射的的电电子子在在栅栅极极作作用用下下高高速速运运动动并并与与气气体体分分子子相相碰碰，使使气气体体分分子子电电离离成成离离子子。正正离离子子将将被被负负电电位位的的收收集集极极吸吸收收而而形形成成离离子子流流，经经放放大大器器放放大大后后由由微微电电流流计计指指示示，形形成成的的离离子子流流与与电电离离规规中中的的气气体体的的压压力力成成正正比比，因因此此可可从从离离子子电电流流的的大大小小，即即可可直直接接读读出出真真空空度。度。第23页，本讲稿共31页复合真空计的使用方法：复合真空计的使用方法
22、：(1)连连接接好好热热偶偶规规、电电离离规规和和仪仪器器的的电电缆缆，插插头头不不可可接接错错，插插错错将将烧烧坏坏规规管管。如如使使用用电电离离规规须须将将 K6 放放在在“断断”的的位位置置。接接通通电电源预热源预热 10 min。(2)如如使使用用热热偶偶规规，须须将将 K6 放放在在“加加热热”位位置置，旋旋电电流流调调节节旋旋钮钮使使加加热热电电流流为为启启封封电电流流。再再将将 K6 拔拔在在“测测量量”位位置置，从从表表上上即即可可读读取取真空度。真空度。第24页，本讲稿共31页(3)如如使使用用电电离离规规，先先把把 K4 放放在在“发发射射”位位置置，放放在在“测测量量”位
23、位置置，接接通通规规管管灯灯丝丝 K2，使使发发射射电电流流为为5 mA(表表上上有有红红线线)。电电流流调调好好后后，利利用用 K4 和和零零点点调调节节，调调节节电电表表零零点点；利利用用 K5 和和校校准准调调节节(K4置置于于测测量量位位置置)，调调节节电电表表为为满满刻刻度度后后，将将 K5 置置于于适适当当量量程程即即可可测测得得系统的真空度。系统的真空度。(4)测测量量过过程程中中整整个个系系统统电电源源电电压压必必须须恒恒定定。当当真真空空度度低低于于10-3 Torr 时，不能使用电离规。如电离规暂时不用，只需断开时，不能使用电离规。如电离规暂时不用，只需断开 K2 即可。即
24、可。第25页，本讲稿共31页七、真空检漏七、真空检漏 新新安安装装的的真真空空装装置置在在使使用用前前应应检检查查系系统统是是否否漏漏气气，检检漏漏的的方方法法很很多多，如如火火花花法法、热热偶偶规规法法、电电离离规规法法、萤萤光光法法、质质谱谱仪仪法法、磁磁谱谱仪仪法法等等等等。物理化学实验室中常采用火花检漏法、热偶规法和电离规法。物理化学实验室中常采用火花检漏法、热偶规法和电离规法。火花检漏法：火花检漏法：检检查查低低真真空空系系统统漏漏气气的的一一种种方方法法。使使高高频频火火花花发发生生器器火火花花调调节节正正常常将将放放电电簧簧对对着着玻玻璃璃系系统统表表面面不不断断移移动动。若若没
25、没有有漏漏气气，高高频频火火花花束束是是散散开开的的，并并在在玻玻璃璃表表面面上上不不规规则则地地跳跳动动；若若玻玻璃璃壁壁上上有有漏漏气气孔孔，则则由由于于大大气气穿穿过过漏漏孔孔，其其导导电电率率比比玻玻璃璃高高得得多多，而而使使火火花花束束集集中中并并通通过过漏漏孔孔而而进进入入系系统统，产产生生一一明明亮亮光光点点，这这个个光光点点就就是是漏漏孔孔。根根据据高高频频火火花花的的颜颜色色，还还能粗略地判断系统的真空度。能粗略地判断系统的真空度。第26页，本讲稿共31页火花检漏法：火花检漏法：压压力力在在 1010-3 Torr 时时，火火花花在在系系统统内内起起红红色色辉辉光光放放电电；
26、压压力力在在 10 Torr 以以上上或或 10-3 Torr 以以下下时时，系系统统内内不不产产生生辉辉光光放放电电，仅仅在在玻玻璃璃壁壁上上产产生生淡淡兰兰色色的的萤萤光光。高高频频火火花花检检漏漏仅仅适适用用于于进进行行玻璃等绝缘材料的检漏。玻璃等绝缘材料的检漏。八、钢瓶的使用八、钢瓶的使用 气气体体钢钢瓶瓶是是由由无无缝缝碳碳素素钢钢或或合合金金钢钢制制成成。适适用用于于装装介介质质压压力力在在 150 Mpa，体积为体积为40-60L。最小压力最小压力0.6MPa。第27页，本讲稿共31页(1)标记标记第28页，本讲稿共31页(2)使用钢瓶的注意事项使用钢瓶的注意事项 已已充充气气的
27、的钢钢瓶瓶如如受受热热，将将会会使使内内部部气气体体膨膨胀胀，当当压压力力超超过过钢钢瓶瓶最最大大负负荷荷时时将将会会爆爆炸炸，所所以以钢钢瓶瓶应应存存放放在在阴阴凉凉、干干燥燥、远远离离阳阳光光、暖气等热源，远离易燃物。暖气等热源，远离易燃物。使使用用时时要要用用气气表表(CO2、NH3 可可例例外外)，各各种种气气表表一一般般不不得得混混合合。一一般可燃性气体的钢瓶是正扣的。般可燃性气体的钢瓶是正扣的。开开启启气气门门时时,应应站站在在气气压压表表的的另另一一侧侧，更更不不允允许许把把头头或或身身体体对对钢钢瓶瓶总总阀阀门门，以以防防万万一一阀阀门门或或气气压压表表冲冲出出伤伤人人，开开启
28、启气气门门时用力要轻而均匀，速度不可太快。时用力要轻而均匀，速度不可太快。第29页，本讲稿共31页使使用用时时随随时时观观察察钢钢瓶瓶内内的的压压力力，不不可可将将钢钢瓶瓶内内气气体体用用尽尽，(特特别别是易燃易爆气体如是易燃易爆气体如 H2)，以防重新灌气时发生危险。，以防重新灌气时发生危险。钢钢瓶瓶使使用用一一段段时时间间后后(如如两两年年)要要进进行行检检验验。对对不不合合格格的的气气瓶瓶应坚决报废或降级使用，以防发生事故。应坚决报废或降级使用，以防发生事故。(3)气表及氧气钢瓶的使用气表及氧气钢瓶的使用气气表表即即减减压压阀阀，由由高高压压和和低低压压室室组组成成。氧氧气气钢钢瓶瓶用用的的减减压阀即为氧气表。压阀即为氧气表。第30页，本讲稿共31页第31页，本讲稿共31页