仿真实验报告真空实验

_12_月_5_日第__15_周星期_一_早晨□下午□√ 大学物理仿真试验汇报真空试验院系名称：电气工程学院专业班级：测控1001姓名：王杰学号：48770114真空试验一、试验目标1、学会用机械泵取得低真空以及观察不一样真空度时辉光放电现象；2、用U型计和热偶计测量真空以及用定容法测量机械泵有效抽速。二、试验原理1.真空技术基本概念(1)真空：低于一个大气压气体状态。1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名大气压试验，取得真空。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中气体。(2)真空量度单位：1标准大气压=760mmHg=760(Torr)1标准大气压=1.013x105Pa1Torr=133.3Pa(3)真空区域划分现在尚无统一要求，常见划分为：粗真空 105—103Pa低真空 103—10-1Pa高真空 10-1—10-6Pa超高真空 10-6—10-10Pa极高真空 <10-10Pa2.真空取得—真空泵1654年，德国物理学家葛利克创造了抽气泵，做了著名马德堡半球试验。原理：当泵工作后，形成压差，p1>p2，实现了抽气。真空泵分类气体传输泵是一个能将气体不停地吸入并排出泵外以达成抽气目标真空泵，比如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。气体捕集泵是一个使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面真空泵，比如分子筛吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。真空泵主要参数(1)S（抽气速率）：定义为在泵进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内气体体积,或表示为：其中，Q为单位时间内流入泵气体量。泵抽气速率S并不是常数，随P而变。(2)极限压强 Pu (极限真空)(3)最高工作压强 Pm(4)工作压强范围（Pu-Pm）：泵能正常工作压强范围几个惯用真空泵工作压强范围旋片机械泵105—10-2Pa吸附泵105—10-2Pa扩散泵100—10-5Pa涡轮分子泵101—10-8Pa溅射离子泵100—10-10Pa低温泵10-1—10-11Pa几个惯用真空泵工作原理1)旋片机械泵工作过程是：吸气—压缩—排气。定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙作用。主要参量是：抽速和极限压强。因为极限压强较高，惯用做前级泵(预抽泵)。2)油扩散泵工作原理是：油蒸发—喷射—凝结，重复循环因为射流具备工作过程高流速(约200米/秒)、高密度、高分子量(300—500)扩散泵不能单独使用，通常采取机械泵为前级泵，以满足出口压强(最大40Pa)，假如出口压强高于要求值，抽气作用就会停顿。3.真空测量(1)U型压力计水银U型压力计结构简单，无需校准，能够在气压不太低时使用。通常压力计一段封闭，另一端接入真空系统，封闭端为真空，这么压力计可直接指示总压力，两边水银柱高度差即为总压力。对于精密工作则需进行温度修正。对于压力较低（低于Pa）测量，油压力计比水银压力计更精准，因为油密度低得多。绝对压力由下式给出式中h是油压力计读数。(2).高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）是一个粗略测量玻璃真空系统仪器，原理图如图所表示。接通电源后，调整放电火花间隙G，当产生击穿放电时，将高频放电探头在被抽容器处不停移动。伴随压强改变，系统内放电辉光颜色不停改变，从放电颜色可粗略地估量真空系统气压。伴随真空度提升，容器内剩下气体分子逐步降低,因为机械泵对各种气体抽气速率不一样，残余气体中各种气体成份百分比伴随气压降低而改变。当对玻璃容器加一高压时，容器中游离电子（宇宙射线产生）被加速与气体分子碰撞，当电子能量足够大时，使气体分子电离，电离产生次级电子再被电场加速与气体分子碰撞，再使气体分子电离，正负离子复合过程会有光子释放，即产生辉光放电，辉光放电是气体电离基本形式之一，它反应了容器内气体电离和复合过程。因为各种气体电离电位不一样，在复合过程中释出光子频率不一样，即辉光放电颜色也不一样，依照颜色改变可大致判断真空度量级。(3)定容法测机械泵有效抽速设被抽容器容积为v,气体压强为p,容器内气体总量为pv。令机械泵有效抽速s,则单位时间抽出气体量等于气体总量降低，即由s表示式可看出，伴随气压p降低，有效抽速s也越来越小，达成极限压强时，即p不再改变时，有效抽速s为0。由试验可知，气压p在105—103Pa之间，s是常量。(4)热偶真空计(热传导真空计)热偶真空计是一个热传导真空计。热偶真空计原理是利用在低气压下气体热导率与压强之间依赖关系。如图所表示，在玻璃管中封入加热丝C、D及两根不一样金属丝A与B制成一对热电偶。当C和D通以恒定电流时，热丝温度一定，当气体压强降低时，O点温度升高，则热电偶A、B两段热电动势E增大，由外接毫伏计读出电压升高，压强与热电动势并非线性关系，下列图给出了热偶计刻度曲线。热偶真空计测量范围大约在100—10-1Pa之间，它不能够测量再低压强，这是因为当压强更低时，热丝温度较高，此时气体分子热传导带走热量很小，而由热丝引线本身产生热传导和热辐射这两部分不再与压强关于，所以就达成了测量下限。气压下降，管内气体分子降低，热丝温度升高，由热电偶产生热电势增加，输出电压增加。三、试验仪器热偶真空计、热偶规管、玻璃管道、橡皮管道、真空容器、放电管、高频电火花真空测定仪、U型计、旋片式机械泵、计时系统组成。四、试验步骤及结果1、调整热偶真空计至测量状态2、打开U型压力计通气，待水银柱稳定后关闭总通气孔3、打开气泵电源开关抽气，同时开启计时系统每隔10s统计一次，当U型压力计示数稳定后，热偶真空计指针开始改变，此时注意观察高频电火花真空测定仪放电辉光改变情况4、计时自动停顿后，先关闭U型压力计气孔，后关断气泵电源开关，最终打开总通气孔通气5、统计试验结果。p-t曲线为：试验成绩为：五、思索题1.

高频电火花真空测定仪可检测真空度范围是（）（a）103—10-1Pa （b）任何真空度 （c）102—10-2Pa2.

热偶真空计测量下限为10-1Pa，原因是（）（a）热电偶性能（b）热丝电流