真空教育资料1

1、SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.真空基础真空基础 何谓真空何谓真空 单位单位真空用语真空用语 共通用語共通用語 泵相关用语泵相关用语 真空計相关用语真空計相关用语 部品相关用语部品相关用语 技术相关用语技术相关用语真空泵真空泵 泵的泵的体系体系 干干泵泵 机械升压泵机械升压泵 涡轮分子泵涡轮分子泵 冷泵冷泵真空計真空計 真空計的种类真空計的种类 热电偶气压计热电偶气压计 热压力计（皮拉尼压力计）热压力计（皮拉尼压力计） 隔膜真空計隔膜真空計 电离真空計电离真空計 真空計的用途分类真空計的用途分类传导性与排气时间传导性与排气时间 传导性传导性 传导性

2、的合成传导性的合成 排气时间的计算排气时间的计算 真空容器的平衡圧力真空容器的平衡圧力泄露与气体释出泄露与气体释出 泄露泄露 气体释出气体释出 排气曲线排气曲线真空的判断真空的判断 泄露试验泄露试验 氦气检漏仪氦气检漏仪 四重极质量分析计四重极质量分析计 加高法加高法SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.真空基础真空基础 何谓真空何谓真空 真空是指低于外界压力的容器内的压力状态。真空是指低于外界压力的容器内的压力状态。 （低于（低于1 1大气压的压力状态）大气压的压力状态） 大気圧大気圧（）粘性流粘性流 （）分子流分子流 以下是真空利用范围及使用实例。以

3、下是真空利用范围及使用实例。真空度目的使用事例压力差 真空叉、除尘机去 除 有 害成分 真空干燥避免冲突 电子显微镜、真空蒸发持续放电 溅射、等离子刻蚀真空使用事例SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.压力压力受分子密度分子密度、促使分子移动的能量（热能）热能）影响。圧力分子密度（数）分子移動能量(熱)由此可见，制造真空有两种方法由此可见，制造真空有两种方法 减少分子数的方法减少分子数的方法 去除分子移動能量的方法去除分子移動能量的方法真空创造方法分子少移动能量低SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.1-2.单位压

4、力的单位换算常用单位 1Torr=133.3Pa 1Pa=7.50 10-3 TorrSHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.真空用語真空用語共通用語共通用語 ）低真空）低真空 ：以上的真空以上的真空 ）中真空）中真空 ：的真空的真空 ）高真空）高真空 ：的真空的真空 ）超高真空：）超高真空：以下的真空以下的真空泵相关用语泵相关用语 ）主泵）主泵 ：用于真空系排气、保持压力的真空泵。：用于真空系排气、保持压力的真空泵。 ）辅助泵）辅助泵 ：用于维持其他泵背压的真空泵：用于维持其他泵背压的真空泵 ）排気量）排気量 ：通过泵吸气口的气体流量（：通过泵吸气口的气

5、体流量（ ） ）排気速度）排気速度 ：通过泵吸气口的气体的体积流量（：通过泵吸气口的气体的体积流量（） ）吹扫氮气）吹扫氮气 ：为防止内部腐蚀、生成物的生成而通入泵内的氮气。：为防止内部腐蚀、生成物的生成而通入泵内的氮气。真空计相关用语真空计相关用语 ）測定子）測定子 ：装在真空室内的真空计构成部分。（真空表）：装在真空室内的真空计构成部分。（真空表） ）真空表口：将測定子装在真空容器上的安装口）真空表口：将測定子装在真空容器上的安装口。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.相关部品相关部品 ）型圈（垫片）：断面为圆形、整体亦为圆形的垫片、一般材料为氟化

6、橡胶、）型圈（垫片）：断面为圆形、整体亦为圆形的垫片、一般材料为氟化橡胶、 氯丁橡胶，使用环境（温度、气体条件等）所用材质也不氯丁橡胶，使用环境（温度、气体条件等）所用材质也不 同，使用时应加以注意同，使用时应加以注意 ）金属垫片）金属垫片 ：高温、超高真空容器用垫片。：高温、超高真空容器用垫片。 主要材质多为铜（）。垫片一经使用即有伤痕，不得主要材质多为铜（）。垫片一经使用即有伤痕，不得 再用。再用。 ）真空润滑油）真空润滑油 ：蒸汽压低的润滑油。需注意因使用环境不同材质也有所：蒸汽压低的润滑油。需注意因使用环境不同材质也有所 区别多为硅、氟化系。区别多为硅、氟化系。 ）波纹管）波纹管 ：薄

7、壁金属管，用在将外部的伸缩动作传导到真空容器内：薄壁金属管，用在将外部的伸缩动作传导到真空容器内 的地方，抗撞击性弱，使用时应小心。用成形、焊接的地方，抗撞击性弱，使用时应小心。用成形、焊接 等方法制造。等方法制造。 ）法兰：）法兰： : :刀刃的前端与金属垫片咬合，起真空密封作用的法兰。刀刃的前端与金属垫片咬合，起真空密封作用的法兰。 ）快速耦合接头）快速耦合接头 ：易于拆卸的弓型接头。（、等）：易于拆卸的弓型接头。（、等） 注意不要因螺丝旋得过紧引起破损。注意不要因螺丝旋得过紧引起破损。 SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.与技术相关用语与技术相关

8、用语 ）到达压力）到达压力 ：真空装置、泵经过足够长时间的排气，在基本可以忽略压：真空装置、泵经过足够长时间的排气，在基本可以忽略压 力减少时的压力力减少时的压力 ）背压）背压 ：将气体排到低于大气压的空间内时真空泵排气口处的压力：将气体排到低于大气压的空间内时真空泵排气口处的压力 ）饱和蒸汽压）饱和蒸汽压 ：在某一温度下达到凝缩及热力学平衡的蒸汽所显示出的：在某一温度下达到凝缩及热力学平衡的蒸汽所显示出的 压力。压力。 ）平均自由工程）平均自由工程 ：在气体中自由运动的粒子（分子、原子、电子等）在相：在气体中自由运动的粒子（分子、原子、电子等）在相 互碰撞过程中飞行的平均距离。互碰撞过程中飞

9、行的平均距离。 ）粘性流）粘性流 ：气体分子的平均自由工程相对于配管断面的最大尺寸而言：气体分子的平均自由工程相对于配管断面的最大尺寸而言 足够小时，配管内的气体流。足够小时，配管内的气体流。 ）分子流）分子流 ：气体分子的平均自由工程相对于配管断面的最大尺寸而：气体分子的平均自由工程相对于配管断面的最大尺寸而 言足够大时，配管内的气体流。言足够大时，配管内的气体流。 ）传导性）传导性 ：气体在管或出口处流动时，表示气体流通难易程度的：气体在管或出口处流动时，表示气体流通难易程度的 数值。（数值。（）SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.泵的作用就是减少

10、分子数、消除分子的移动能量。泵的作用就是减少分子数、消除分子的移动能量。真空泵减少分子数减少分子数泵促使分子排出消除分子移动能量消除分子移动能量消除分子能量将其积存在泵中SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）泵按照真空方式的分类）泵按照真空方式的分类泵的体系减少分子数减少分子数（移送式泵）（移送式泵）消除分子移动能量消除分子移动能量（积存式泵）（积存式泵）干泵（）干泵（）旋转泵（）旋转泵（）机械升压泵（）机械升压泵（）（螺旋泵）（螺旋泵）涡轮分子泵涡轮分子泵（）（）冷泵冷泵（）（）一般所谓真空泵，除上述之外种类仍不胜枚举，本资料仅就通常使用的泵进行说明

11、。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）真空泵的种类回転SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD. 泵机种 110760油回转泵干泵机械升压泵油扩散泵涡轮分子泵吸附泵冷泵 100100010000圧力（ ）圧力（ ）真空泵的动作范围SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.干泵）干泵排气原理泵的内部构造如右图所示，通过转子的旋转，使得吸气侧的气体向排气侧移动。另外，因箱盒与转子间的空隙非常小，不会产生逆流。苜蓿叶型特征 排气能力可从大気圧到。 真空部内不需要润滑油,可以制造洁净的真

12、空。 泵价格非常昂贵。驱动齿轮部需要润滑油（主要厂家：荏原製作所、 ）SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）干泵的种类干泵的转子形状视厂家不同而各有差异。右图是常见的干泵型号，包括苜蓿叶式在内共5种。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.在单纯用干泵排气能力不够时用作升压泵。（单体无法使用。）与干泵组合在一起、排气能力可达大気圧左右。 （主要厂家；荏原製作所、 ）机械升压泵（） 吸气排气干泵SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD. 、由高速旋转的转叶与定子叶片组成。通过转叶的

13、高速旋转（数万） ，将飞过来的分子送入排气侧。它不能在大气压状态下使用，与干泵搭配，排气能力为。涡轮分子泵（）转片外观SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）涡轮分子泵的排气原理转片转片定片定片吸气排气 由高速旋转（数万）的转片与停止的定片组成，各叶片的角度是按照将进来的分子引至排气侧，并且不会产生逆流的要求而设计的。 转片只能在空气阻力较小的真空中旋转、所以旋转时有空气进入或从外部混入异物，都会造成泵的损坏或寿命缩短。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD. 如分子与冷却至极低温度的平面（冷却板）相撞击，其运动能量

14、将被消除并吸着在平面如分子与冷却至极低温度的平面（冷却板）相撞击，其运动能量将被消除并吸着在平面上（凝缩）。冷泵就是利用此原理设计而成的积存式泵。上（凝缩）。冷泵就是利用此原理设计而成的积存式泵。 冷泵（）台：（）主要吸附水分台：（）吸附，。台：（）对，等在温度下也无法吸附的分子用活性炭吸着。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）冷泵的构造冷泵的构造SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.压缩机存储器油脂分离器吸附热交换器冷冻机(冷却头）压缩机压缩机1）压缩机的构造与作用消除从冷冻机处返回的氦气的振动对氦气加压。此

15、时为了有效地去除因加压产生的热，掺加了油。用水冷或气冷式热交换器冷却氦气用压缩机除去掺加进的油。用活性炭祛除油脂分离器无法完全除去的油、不纯物。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.被压缩的高压气体的容积一旦膨胀，温度会降低。冷泵利用了这一（断热膨胀）现象。冷泵使用的是凝固点低又安全的氦气。氦气中一旦混入不纯物就会冻结，所以需要高纯度的氦气。2）冷泵的冷冻原理压缩氦气断热膨胀排出祛除热量的氦气导入高压氦气汽缸制动棒架（马达驱动）SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.真空计测量低于气体、蒸汽大气压的压力的仪器。由测定

16、子和控制计测部构成。真空计的种类 测量气体分子的热传导能力测量气体分子的热传导能力热真空计熱电偶真空计（真空计） 测定气体分子对壁的压力测定气体分子对壁的压力液柱差压真空计（字管流体压力计、卖克劳德真空计）隔膜真空計 利用真空中运动的物体所承受的来自气体分子的力。利用真空中运动的物体所承受的来自气体分子的力。旋转浮子流速计水晶式真空計 计测气体分子数。计测气体分子数。电离真空计（离子真空计）冷阴极电离真空计（彭宁真空计、磁控管真空计）SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.热电偶真空计（）利用热电偶测量真空内加热器热损失的真空计。因构造简单价廉，被广泛应用

17、。测定范围 热电偶加热器 构造图 製（）加热器通电后会发热。压力越高，争夺热量的气体分子越多，传至热电偶的热量就越少。而压力降低后，争夺热量的气体分子少了，就有更多的热量传至热电偶。因此可以根据传导至热电偶的热量来测量真空度，、SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.热真空计 利用具有电阻值随放热量而变化这一特点的特殊加热器，组成惠斯登电桥回路，通过电阻的变化来读取真空值。构造简单，价格低廉，用途广泛。测定范围 惠斯登回路与热真空计的关系热真空计製（系列）SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.隔膜真空計也叫做薄膜真空

18、计（）、电容真空计（）。不受测定气体种类的影响，在任何真空状态下都能显示出稳定的真空值，主要用于工艺部的真空测定。測定范围 大気圧SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）隔膜真空计的测定原理将真空部与达到一定基准压力的空间用薄膜隔离，真空部的压力变化会引起薄膜的移位，将其移位量换算成真空值显示出来。测定室测定接续口基准室）隔膜真空计的内部构造图SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）隔膜真空计内部构造GEMERALVACCUM制（断面模型）制SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LT

19、D.电离真空计亦称离子真空计、真空计，顾名思义，此类真空计是先引起放电，利用真空内流过的电流计测分子数。可以非常精确地测定高真空，但在低真空条件下不能测定，存在受测定环境影响劣化等问题。測定范围 制电离真空计SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）电离真空计构造集流器栅极灯丝离子电流气体分子热电子离子SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）电离真空计的测定原理电位电位分子离子化电流流过灯丝，释放出热电子。释放出的热电子、被拥有电位的栅极吸引，作钟摆运动 。途中如有气体分子与其撞击则变成 + 离子。变成离子的气体分子

20、被拥有电位的集流器吸引，则在灯丝与集流器之间形成电流。真空中的气体分子越多，离子化速度越快，则灯丝与集流器间的电流越大。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.真空计的用途分类真空计的用途分类 欲进行真空测定，须根据测定范围、精度来选择真空计。欲进行真空测定，须根据测定范围、精度来选择真空计。真空计种类种类误差隔膜真空计（CM ）数热真空计 以上热电偶真空计（TC） 以上彭宁式真空计 以上电离真空计1% 利用磁场中放电产生的离子电流 利用热电子对残留气体的电离作用 利用气体分子的热传导 利用气体分子的热传导测定范围（Pa）原理 利用压力差引起的弹性变形-2

21、-1-1-4-1-8SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.传导性与排气时间传导性与排气时间 传导性传导性 设定传导性为设定传导性为 （）、出口或管道两端的压力为）、出口或管道两端的压力为、 （）此（）此间流过气体的流量为间流过气体的流量为，则则 （）（）（. .） 另外如上图的排气系统另外如上图的排气系统, ,腔体吸气口的排气速度腔体吸气口的排气速度可用下述公式求得可用下述公式求得: : 腔体泵1010 泵SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.传导性的合成传导性的合成 传导性依下列方法合成计算传导性依下列方法合成计

22、算。 粘性流与分子流的传导性是不同的。粘性流与分子流的传导性是不同的。 （例）平均圧力（例）平均圧力 、的空气通过长的空气通过长 （）、直径（）、直径 （）的圆形配管（）的圆形配管时时 各种形状配管的传导性计算方法请参照真空手册各种形状配管的传导性计算方法请参照真空手册 C腔体腔体 （） 粘性流 （） 分子流SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.排气时间的计算排气时间的计算 容积为（容积为（）、排気速度）、排気速度 为（为（），则排气时容器圧力的变化用下），则排气时容器圧力的变化用下列算式计算。列算式计算。 ）低真空域（）低真空域（）在此领域可忽略气体释

23、放速度。在此领域可忽略气体释放速度。 ：圧力从：圧力从到到所需时间（）所需时间（） 2 2）中真空域（）中真空域（）及高真空域（）及高真空域（） 在此领域气体释放速度（）及圧力（）的时间变化缓慢，所以在此领域气体释放速度（）及圧力（）的时间变化缓慢，所以 可近似认为可近似认为。因此、圧力的时间变化（）可依照。因此、圧力的时间变化（）可依照 （）（） （）（） 近似近似求得。求得。 另、各类材料的气体释放速度请参考真空手册。另、各类材料的气体释放速度请参考真空手册。：真空容器内圧力（）：真空容器内全気体放出速度（）SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.真空

24、容器的平衡压力真空容器的平衡压力 考虑气体释放及泄露的因素，真空容器的平衡压力（测定压力为恒定状态时的压力）可考虑气体释放及泄露的因素，真空容器的平衡压力（测定压力为恒定状态时的压力）可用下述公式计算：用下述公式计算： ：气体释放速度（.）：泄露速度（.）：对释放气体的排气速度（）：对空气的排气速度（）：泵本身的到达圧力（）SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.泄露及气体释放泄露及气体释放 泄露泄露 气体从气体从外部进入真空容器内引起真空度不良的現象。外部进入真空容器内引起真空度不良的現象。 主要泄露部位如下。主要泄露部位如下。密封部旋转机械部接头部波纹

25、管柔性软管SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.气体释放气体释放 在中真空、高真空区域，因吸附在真空容器表面（内面）或部品上的气体分子脱离、溶在中真空、高真空区域，因吸附在真空容器表面（内面）或部品上的气体分子脱离、溶解在材料中的气体的扩散而引起的真空度不良现象。解在材料中的气体的扩散而引起的真空度不良现象。 吸附的气体分子主要是水分，为了除去这些分子需对真空容器用加热器加热（烘焙）。吸附的气体分子主要是水分，为了除去这些分子需对真空容器用加热器加热（烘焙）。 真空容器内部越脏、开放至大气的时间越长，气体分子的吸着量也就越多，气体释放所真空容器内部越脏、

26、开放至大气的时间越长，气体分子的吸着量也就越多，气体释放所引起的影响也就越大。引起的影响也就越大。 气体分子的释放引起真空恶化SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.排气曲线排气曲线 用泵进行真空容器排气时、记录下每小时的真空度，将时间用泵进行真空容器排气时、记录下每小时的真空度，将时间-压力的关系压力的关系 绘制成曲线，就是排气曲线。绘制成曲线，就是排气曲线。 在真空不良时，利用它可以方便地区别是存在泄露还是气体释放。在真空不良时，利用它可以方便地区别是存在泄露还是气体释放。 （时间）（压力）正常状态存在泄露时存在气体释放时SHANGHAI AVIC O

27、PTOELECTRONICS CO., LTD.真空的判断真空的判断泄露试验泄露试验 判断真空容器是否有泄露的试验，有加压法和真空法两种方法。判断真空容器是否有泄露的试验，有加压法和真空法两种方法。 ）加压法）加压法 向真空容器内充入、等气体，通过测定压力随时间变化的情况向真空容器内充入、等气体，通过测定压力随时间变化的情况 （气密试验）、从外部涂抹肥皂水观察泡沫产生情况（肥皂泡試験）或（气密试验）、从外部涂抹肥皂水观察泡沫产生情况（肥皂泡試験）或 利用检漏仪等方法寻找泄露部位。利用检漏仪等方法寻找泄露部位。 适用于气体配管等容积较小的适用于气体配管等容积较小的 部位。部位。 ）真空法）真空法

28、 将容器内排气至真空，从容器外部通入等寻找泄露处的方法。将容器内排气至真空，从容器外部通入等寻找泄露处的方法。 另外还有用少量酒精观察真空度变化的简易方法。另外还有用少量酒精观察真空度变化的简易方法。检漏仪检漏仪 只对产生反应的质量分析计只对产生反应的质量分析计 操作简单，用途广泛。操作简单，用途广泛。SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD.）喷吹法）喷吹法 将将检漏仪接续到真空腔体上，向有泄露可能的部位（法兰等接续部、焊接部、驱动检漏仪接续到真空腔体上，向有泄露可能的部位（法兰等接续部、焊接部、驱动轴轴 等）通入的方法。等）通入的方法。 注意！注意！ 比空气轻，因此通入时应从装置的上部开始进行。比空气轻，因此通入时应从装置的上部开始进行。 通入极少量。通入大量会造成无法确定泄露部位、通入极少量。通入大量会造成无法确定泄露部位、 检出时检知器的恢复迟缓、消耗量过大等问题。另外在狭窄场所检出时检知器的恢复迟缓、消耗量过大等问题。另外在狭窄场所 作业有窒息的危险。作业有窒息的危险。检漏仪真空容器SHANGHAI AVIC OPTOELECTRONICS CO., LTD. 检漏仪接续部位的注意事项检漏仪接续部位的注意事项 针对不同的泄露检验部位，应具体考虑检漏仪的接续部位、装置的阀门状态。针对不同的泄露检