真空基本知识


一、 真空的基本知识

1、 真空的概念:

“真空”是指在给定空间内低于一个大气压力的气体状态,也就是该空间内气体分子密度低于该地区大气压的气体分子密度。不同的真空状态,就意味着该空间具有不同的分子密度。在标准状态(STP:即0℃,101325Pa,也就是1标准大气压,760Torr)下,气体的分子密度为2.68E24/m3,而在真空度为1.33E-4 Pa(1E-6Torr)时,气体的分子密度只有3.24E16/m3。
完全没有气体的空间状态为绝对真空。绝对真空实际上是不存在的。

2、真空的单位:

依据真空概念,低于一个大气压的气体状态称为真空。真空度愈高,压强愈低,所以用气体压强表示真空度。

标准大气压
1 标准大气压(atm)17601.0133×105
1 托(Torr) (1 毫米汞柱)1.3158×10-31133.32
1 帕(pa) (1 牛顿/米2)9.8692×10-67.5008×10-31

3、真空的划分:

粗真空 760Torr~10E-3Torr
高真空 10E-4Torr~10E-8Torr
超高真空 10E-9~10E-12 Torr

极高真空 <10E-12Torr

4、流导(导通量):表示真空管道通过气体的能力,单位为升/秒(L/S)。一般情况下,管道越短,直径越大,表面越光滑,越直的管道流导也越大。

5、流量:单位时间内流过任意截面的气体量,单位为Torr·L/s或Pa·L/s。

6、抽气速率:在一定的压强和温度下,单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率,简称抽速。单位一般为L/S或m3/hr或CFM。

7、极限真空:真空容器经充分抽气后,稳定在某一真空度,此真空度称为极限真空。

8、真空的获得:(真空泵)

A、粗真空泵:一般用于抽粗真空,有油泵和 干泵。从结构上可分几种:

旋转叶片泵:油泵,极限真空可达10-3Torr,抽速1~650CFM

隔膜泵:干泵,极限真空1Torr左右,抽速<10CFM

往复式活塞泵:干泵,极限真空10-2Torr,抽速6~32CFM

涡旋式真空泵:干泵,极限真空10-2Torr,抽速12~25CFM

螺旋泵:干泵,极限真空10-3Torr,抽速30~318CFM

B、涡轮分子泵:主要用于高真空或超高真空,属于干泵,极限真空10-7~10-8Torr,烘烤后可到10-10Torr,抽速可从50L/S~3500L/S。

分子泵是靠高速转动的涡轮转子携带气体分子而获得高真空、超高真空的一种机械真空泵。

泵的转速为10000转/分到50000转/分,这种泵的抽速范围很宽,但不能直接对大气排气,需要配置前级泵。分子泵抽速与被抽气体的种类有关,如对氢的抽速比对空气的抽速大20%。

C、低温泵:主要用于高真空或超高真空,属于干泵,工作方式为气体捕集。极限真空-6~-9Torr。

用低温介质将抽气面冷却到20K 以下,抽气面就能大量冷凝沸点温度比该抽气面温度高的气体,产生很大的抽气作用。这种用低温表面将气体冷凝而达到抽气目的的泵叫做低温泵,或称冷凝泵。

D、离子泵:主要用于超高真空,属于干泵,工作方式为气体捕集。极限真空-6~-11Torr。

E、钛升华泵:主要用于超高真空,属于干泵,工作方式为气体捕集。

9、真空的测量(真空计)

A、热偶规、皮拉尼规、对流规:

用来测粗真空的真空计,从大气到1E-5Torr,精度一般在10%,皮拉尼规精度高的可到5%, 反应较慢,受温度变化的影响较大。

B、离子规:

用来测高真空或超高真空的真空计,热灯丝的离子规测量范围一般从1E-4到1E-9Torr,特殊的有些甚至可以低到-10甚至-11Torr,精度在10%~20%,灯丝在工作时遇到大气会烧毁;冷阴极的离子规一般可以测到1E-11Torr,精度在20%~50%,特别是超高真空下测量精度很差,需要高压电源,探头内有磁铁,使用时不能用于某些无磁的场合。

C、电容式压力计:

探头最大压力从25000Torr到0.1Torr,动态范围大约104范围,比如,1Torr量程的最低是5E-4Torr,通常精度在读数的0.25%,可以高到0.15%。

D、宽量程真空计:

皮拉尼规和热灯丝离子规的组合,两个规可以自动切换,在低真空时切换到皮拉尼规,高真空时可切换到离子规。

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