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1、真空的基本概念真空的基本概念什么是真空呢？一句话，就是当容器里的气压低于标准大气压时，即为真空现象。其标准的定义为：在标准温度和压力下，当一升容积的容器里的气体分子数少于2.71022个时，就产生了真空现象。第1页/共26页Mean Free Path平均自由程平均自由程是指两次碰撞之间一个分子平均所走的距离。平均自由程平均自由程的大小取决于气体的温度、压力及分子的尺寸。第2页/共26页气体流动的种类气体流动的种类气体的流动条件会随着压力的减小而改变，气体的流动种类分为三种：湍流、层流和分子流。第3页/共26页气体流动图示气体流动图示粘性流动粘性层流分子流第4页/共26页常用真空单位：常用真空
2、单位：Torr,bar,Pa,atm（kgf/cm2），），psi(磅磅/平方英寸平方英寸)一个大气压一个大气压=766 Torr=1bar=14.5psi=105Pa第5页/共26页实现真空的方法实现真空的方法 真空泵真空泵依据可以实现真空的能力分为：机械泵分子泵冷泵第6页/共26页各类泵的抽真空能力各类泵的抽真空能力粗真空粗轴泵罗茨鼓风机中真空高真空超高真空涡轮泵低温泵第7页/共26页机械泵（机械泵（Roughing Pump）第8页/共26页机械泵工作原理图机械泵工作原理图排气口交叉进气口转子1叶片1第一阶段第二阶段转子2叶片2排气阀第9页/共26页罗茨鼓风机（罗茨鼓风机（roots b
3、lower）为了减少抽气时间、增加抽气速率，通常会在机械泵的基础上再加装一台罗茨鼓风机，加装罗茨鼓风机后的泵组，可以将抽气速率提升20%左右。第10页/共26页罗茨鼓风机工作原理图罗茨鼓风机工作原理图转子进气口内壁排气口第11页/共26页分子泵分子泵（turbomolecular pump）第12页/共26页分子泵工作原理图分子泵工作原理图密封圈进气口固定片转子电机电机轴冷却水通道支持端口水供应/返回口转子固定片旋转方向流动方向返扩散第13页/共26页冷泵冷泵(cryopump)第14页/共26页冷泵构造图冷泵构造图TC计车载控制器二级管连接器置换剂80K阵列氦回港氦自动入港口再生氮前级管道连
4、接辅助TC计电源连接器减压阀进气口冷头15K阵列第15页/共26页压缩机构造压缩机构造油的视线玻璃（前面）供水口回水口低温泵开关低温泵电源连接器输入电源连接器充氦气的拟合手动充气阀氦返回压力表氦气供应端口氦回港供应压力安全阀安全阀回座压力差示压力救济阀压力切断阀电气控制机箱吸附器第16页/共26页冷泵工作原理冷泵工作原理以氦气作为制冷剂，即热量载体。压缩机将氦气压缩至200psi的高压，高压的氦气在冷泵冷头处膨胀吸热，实现冷头的降温，冷头的温度最终降到10K（-263C）左右来实现对气体的吸附。吸热膨胀后氦气回到压缩机中重新被压缩，体积压缩过程中释放的热量被冷却循环水带走。第17页/共26页冷
5、泵的吸附可以分为三级来完成冷泵的吸附可以分为三级来完成：80Karray：一级冷凝面由镀镍铜制成，主要吸附水蒸汽、碳氢化合物。15Karray(快速再生):二级冷凝面也是由镀镍铜制成，主要吸附N2,O2,Ar,CO2,andCO。最底层的活性炭主要吸附H2,He,andNe。第18页/共26页冷泵的再生冷泵的再生冷泵的冷头经过长时间的气体吸附，吸附能力也会逐渐下降。这个时候就需要对冷泵进行再生。再生的方式是用加热的氮气对冷泵内部进行90分钟的吹扫。冷头上吸附的气体在这个过程中会释放从而被氮气带走，经过充分的吹扫，冷头恢复洁净状态。再经过压缩的氦气对冷头的降温，冷泵实现再生。第19页/共26页真
6、空规的分类：真空规的分类：CapacitancemanomenterConvectrongaugeTCgaugeIongauge第20页/共26页Capacitance manomenter测量范围：0.5mT-100mT。靠隔膜和计数电极之间电容的变化来反应压力的变化。010VDCcorrespondsto0.5100mTorr,102.3mT表示满量程。第21页/共26页Convectron gauge测量范围：1mT-766T。压力值的变化，分子活性变化，sensorfilament的温度就会随之变化，灯丝阻值随之变化，惠斯通电桥就会电压失衡，输入电压随之调节，电桥的电压变化来反应压力值
7、的变化。Theanalogvoltagerangeis010VDCwhichcorrespondsto1mTorr-1000Torr.At760Torr,theoutputvoltageisabout8.79VDC.第22页/共26页TC gauge测量范围：1mT-1000T。压力值的变化，分子运动活性会随之变化，进而导致灯丝的温度的变化，热偶的阻值也随之变化，用TC阻值的变化来实现压力测量。第23页/共26页Ion gauge （离子计）（离子计）测量范围：10-3-10-9T.灯丝将环境中的气体分子电离，被电离的离子由搜集器收集，形成电流，电流的大小反应压力值的大小。网格加热的灯丝离子收集器第24页/共26页THANK YOU!第25页/共26页感谢您的观看！第26页/共26页