热偶真空计的校准教材.docx

高真空的获得与测量及热偶真空计的校准 一、实验目的 1．掌握高真空的获得和测量的基本原理及方法； 2．熟悉静态膨胀法校准热偶真空计系统的结构、原理与操作方法； 3．了解真空技术的基本知识和基本技能。 二、实验原理 1、真空的获得 真空的获得是由真空泵来完成的。一般真空实 验室经常使用的是机械泵和扩散泵，用于超高真空的是钛升华泵和低温泵。真空泵的基本原理：当泵工作后，形成压差，p1 p2，实现了抽气。 真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气型两 大类．排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压缩到排气口，而将气体排出泵体之外，如机械泵、扩散泵和分子泵等．吸气型真空泵则是在封闭的真空系统中，利用各种表面（吸气剂）吸气的办法将被抽空间的气体分子长期吸着在吸气剂表面上，使被抽容器保持真空，如吸附泵、离子泵和低温泵等． 真空泵的主要性能可有下列指标衡量： （1）极限真空度：无负载（无被抽容器）时泵入口处可达到的最低压强（最高真空度） （2）抽气速率：在一定的温度与压力下，单位时间内泵从被抽容器抽出气体的体积，单位（升/秒） （3）启动压强：泵能够开始正常工作的最高压强 2、静态膨胀法校准热偶真空计实验原理 静态膨胀法压力校准系统是克努曾于1910年提出的。这种校准系统适合于中、低真空计的校准，其校准精度较高，应用广泛。 但进入高真空（p＜10-2Pa）后，由于器壁的吸气与放气十分显著，需要设法减小其影响。这种校准系统的特点是制作简单，操作方便，运算迅速简单，检定效率高，并且可以排除水银蒸汽对人的危害。膨胀法校准的工作原理是基于波义耳定律，即在恒定的温度下一定质量的气体压力与其体积的乘积为一常数。 气体V0膨胀到V1后，在V0和V1中的压强应比P0低.根据气体定律，有 第一次膨胀 P1(1)(V0+V1)=P0V0 第二次膨胀 第n次膨胀 根据二项式理，则有 则 若以充油的U型计指示出油柱高度差h时，V中压强P为 P= 将上述式子代入有下式： h 校准时，向v1内膨胀气体可以很多次，每膨胀一次均记录待校准真空计G1的指示读数V（即热偶的热电动势毫伏数），同时用上述式子算出相应的压强值，P1-V刻度校准曲线即可做出。 三、仪器介绍 1、抽真空仪器 （1）、机械泵 机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空的泵。机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵。 旋片式机械泵的结构如右图，它由一个定子、一个偏心转子、旋片、弹簧组成。定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气管和出气阀门，转子顶端保持与空腔壁相接 触，转子上开有槽，槽内安放了由弹簧连接的两个刮板．当转子旋转时，两刮板的顶端始终沿着空腔的内壁滑动．为了保证机械泵的良好密封和润滑，排气阀浸在密封油里以防止大气流入泵中。油通过泵体上的缝隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有的运动表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔之间的密封。同时，油还充满了泵腔内的一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。工作时，转子沿着箭头所示方向旋转时，进气口方面容积逐渐扩大而吸入气体，同时逐渐缩小排气口方面容积将已吸入气体压缩从排气口排出。 当机械泵对体积为V的容器抽气时，因泵旋转一周所抽出气体体积为泵的工作体积△V，使被抽体积V增大了 △V，设抽气前V中压强为P，转子旋转一周后V中压强为P1，则有： P V = P1（V+△V） 所以， 同理，设转子旋转二周后，容器V中压强为P2，则： 第N周后，则有： 若机械泵每分钟转n转，则经t分钟后，N = nt，容器中的压强Pt为： 从上式可以看出，随着时间的延长，被抽容器中的压强逐渐减少，但实际工作中，由于机械泵油的饱和蒸气压（室温时）约为10-1Pa，以及泵的结构和泵的加工精度的限制，机械泵只能抽到一定的压强，此最低压强即为机械泵的“极限压强”，一般为10-1Pa 机械泵的抽气速率主要取决于泵的工作体积，在抽气过程中，随着机械泵进气口处压强的降低，抽气速率也逐渐减小，当抽到系统的极限压强时，系统的漏放气与抽出气体达到动态平衡，此时抽率为零。目前生产的机械泵多是两个泵腔串联起来的，称为双级旋片机械泵，它比单级泵具有极限真空度高和在低气压下具有较大的抽气速率等优点。 机械泵能否在大气压下启动正常工作，其极限真空度是否理想，它取决于：①定子空间中两空腔间的密封性，因为其中一空间为大气压，另