第二部分 第五章真空技术

1、1 第五章 真空技术25.1 概述真空：真空：低于大气压力的气体状态。单位：低于大气压力的气体状态。单位：PaPa低真空：低真空：1010-1-1-10-103 3PaPa；高真空：高真空：1010-6-6-10-10-1-1PaPa；超高真空：超高真空：低于低于1010-6-6PaPa。真空技术的应用，发展了一系列的冶金新工艺，提高了产真空技术的应用，发展了一系列的冶金新工艺，提高了产品质量，同时，出现了大量真空冶金物理化学问题待冶金品质量，同时，出现了大量真空冶金物理化学问题待冶金工作者去研究。工作者去研究。在现代分析测试技术中也需要真空技术的配合。在现代分析测试技术中也需要真空技术的配合

2、。mmHg105 . 7atm1026869. 9Pa1373真空在冶金中的应用：真空在冶金中的应用： 1 1） 过滤；过滤； 2 2） 保存易腐物质；保存易腐物质； 3 3） 熔点、沸点下降，有利于干燥、提纯、分离；熔点、沸点下降，有利于干燥、提纯、分离； 4 4） 传热速度下降，有利于隔热；传热速度下降，有利于隔热； 5 5） 电绝缘性良好；电绝缘性良好； 6 6） 分子碰撞机会少，可制作加速器；分子碰撞机会少，可制作加速器； 7 7） 固体对气体吸附少，有利于物料的表面分析。固体对气体吸附少，有利于物料的表面分析。45.2 5.2 真空获得真空获得抽真空抽真空：获得真空的过程，也叫排气。

3、获得真空的过程，也叫排气。5.2.1 5.2.1 真空泵简介真空泵简介 真空泵真空泵：获得真空的设备。：获得真空的设备。 前级泵前级泵：能使气压从一大气压开始变小的真空泵；出：能使气压从一大气压开始变小的真空泵；出口压力口压力1atm1atm 次级泵次级泵：只能从较低的气压抽到更低的气压的真空泵；：只能从较低的气压抽到更低的气压的真空泵；出口压力出口压力1atm6.021023205.3 5.3 真空的测量真空的测量 测量真空的仪器叫真空计，也称真空规。测量真空的仪器叫真空计，也称真空规。 1 1、直接测量直接测量压力的麦克劳真空计，是一种压力的麦克劳真空计，是一种绝对绝对真空计真空计，工作原

4、理是气体方程，可用来校正其它真空，工作原理是气体方程，可用来校正其它真空计。绝对真空计测量时操作复杂，不能连续读数，测计。绝对真空计测量时操作复杂，不能连续读数，测试工作缓慢。试工作缓慢。 2 2、利用与压强有关的物理量的变化来、利用与压强有关的物理量的变化来间接测量间接测量真空的真空的相对真空计相对真空计，这一类真空计能连续快速测量，这一类真空计能连续快速测量，但准确度较低。这类仪器能做到数量级准确就可以了。但准确度较低。这类仪器能做到数量级准确就可以了。 常用的相对真空计有热电阻真空计、热偶真空计、常用的相对真空计有热电阻真空计、热偶真空计、热阴极电离真空计等。热阴极电离真空计等。21两种

5、测量方式的比较：两种测量方式的比较： 汞柱：汞柱：10105 510102 2PaPa 液柱液柱 油柱：油柱：10104 41 Pa1 Pa直接测量直接测量 麦氏规：麦氏规：10105 51010-3-3 弹性元件：弹性元件：10105 510104 4Pa Pa 电容：电容：1010-1-11010-3-3 热导式热导式 电阻：电阻：10102 21010-1-1间接测量间接测量 电偶：电偶：1010-4-41010-1-1 电离式电离式 10 10-1-11010-6-6 其它其它 10 10-6-6以上以上225.3.1 5.3.1 热电阻真空计热电阻真空计1 1）构造：）构造：如图所示

6、如图所示 232 2）工作原理：）工作原理：当气体压强较高时，气体导热系数与压强无关，当气体压强较高时，气体导热系数与压强无关，当气体压强较低时，气体当气体压强较低时，气体导热系数与压强有关导热系数与压强有关。热电阻真空计通过测量与温度有关的物理量热电阻真空计通过测量与温度有关的物理量( (电阻电阻) )的变化来测量真空。的变化来测量真空。 r r1 1: :具有高的温度系数；具有高的温度系数；r r2 2: :具有低的温度系数；具有低的温度系数； r r3 3=r=r4 4，固定电阻。，固定电阻。 随抽真空的进行，压强降到足够低时，因气随抽真空的进行，压强降到足够低时，因气体浓度降低，与热丝

7、碰撞的气体分子减少，气体体浓度降低，与热丝碰撞的气体分子减少，气体分子带走的热量减少，但加热电流不变，故热丝分子带走的热量减少，但加热电流不变，故热丝的温度随真空度的上升而上升的温度随真空度的上升而上升, ,电阻发生变化。电阻发生变化。 电阻电阻 真空度真空度 关系曲线。关系曲线。 测量范围：测量范围：10102 21010-1-1PaPa，高、低真空不能测。，高、低真空不能测。 用补偿管代替用补偿管代替r r2 2减少室温的影响。减少室温的影响。24255.3.2 5.3.2 热偶真空计热偶真空计 热偶真空计的原理与热电阻真空计类似，只是热偶真空计测量的是温度的变化，如图5-8。26 测量端

8、实际上是一个热电偶，测量热丝温度的测量端实际上是一个热电偶，测量热丝温度的变化。测量时维持热丝加热电流不变，当热丝处在真变化。测量时维持热丝加热电流不变，当热丝处在真空中时，随真空度上升，热丝温度上升，热电偶的输空中时，随真空度上升，热丝温度上升，热电偶的输出电势增大，热电势的大小间接的反映了真空度的高出电势增大，热电势的大小间接的反映了真空度的高低。低。热偶与热电阻两种真空计的优缺点：热偶与热电阻两种真空计的优缺点： 优点优点：能连续读数，结构简单、使用方便，可：能连续读数，结构简单、使用方便，可远距离测量。系统突然漏气时真空计不会损坏。远距离测量。系统突然漏气时真空计不会损坏。 缺点缺点：

9、读数与气体种类有关，刻度曲线不能通：读数与气体种类有关，刻度曲线不能通用；有热惯性；外界温度对测量结果有影响；热丝表用；有热惯性；外界温度对测量结果有影响；热丝表面情况对测量也有影响。面情况对测量也有影响。275.3.3 5.3.3 热阴极电离真空计热阴极电离真空计 281 1） 工作原理：电子通过稀薄气体时可使气体电离，在一工作原理：电子通过稀薄气体时可使气体电离，在一定温度下，气压低于定温度下，气压低于1010-1-1PaPa时，电离产生的正离子电流与时，电离产生的正离子电流与电子电流的比值正比于气体压强：电子电流的比值正比于气体压强： P P I I+ +/I/I- - I I+ +：正

10、离子电流，：正离子电流， I I- -：电子电流：电子电流 如果定义压强为如果定义压强为10102 2PaPa，电子电流为，电子电流为1mA1mA时的离子电时的离子电流流K K为电离真空计的灵敏度，则可得：为电离真空计的灵敏度，则可得： P PII+ +/KI/KI- -=I=I+ +/C/C（I-I-保持恒定时）保持恒定时）C C称为电离真空计的常数，取决于真空计的结构、连接线路、称为电离真空计的常数，取决于真空计的结构、连接线路、电子电流的大小以及两极的电位，也取决于残余气体的电子电流的大小以及两极的电位，也取决于残余气体的种类。种类。292 2）电离真空计的刻度和测量范围）电离真空计的刻

11、度和测量范围 电离真空计的刻度也是与绝对真空计相比较而得出电离真空计的刻度也是与绝对真空计相比较而得出的，除高压段和低压段外，在的，除高压段和低压段外，在1010-1 -1 1010-6-6PaPa之间，其刻度之间，其刻度曲线是一条很好的直线，因而热阴极真空计的测量范围曲线是一条很好的直线，因而热阴极真空计的测量范围在在1010-1 -1 1010-6-6PaPa。不同气体的刻度曲线是不一样的。通常，。不同气体的刻度曲线是不一样的。通常，热阴极电离真空计的刻度曲线是对空气作出的。热阴极电离真空计的刻度曲线是对空气作出的。如图如图: :303 3）优缺点）优缺点 优点：可连续读数、可远距离测量、

12、体积小、惯优点：可连续读数、可远距离测量、体积小、惯性小；可用于制作超高真空计；性小；可用于制作超高真空计； 缺点：易损坏、正离子吸附可影响测量、玻璃与缺点：易损坏、正离子吸附可影响测量、玻璃与电极间的放气影响测量。电极间的放气影响测量。31复合真空计复合真空计325.4 5.4 真空系统真空系统5.4.1 5.4.1 真空材料真空材料 金属管道金属管道 1 1）结构材料结构材料 玻璃管道玻璃管道 橡胶管道橡胶管道 2 2）密封材料密封材料：真空封油、真空封蜡、真空封泥、真：真空封油、真空封蜡、真空封泥、真空漆、环氧树脂。空漆、环氧树脂。 当然，以上介绍的密封材料都是半永久性的。当然，以上介绍

13、的密封材料都是半永久性的。 永久性：焊接永久性：焊接 静密封：静密封： 半永久性：封蜡、胶半永久性：封蜡、胶密封密封 可拆性：法兰、螺纹、磨口可拆性：法兰、螺纹、磨口 动密封：活塞、密封圈动密封：活塞、密封圈335.4.2 5.4.2 常用附件常用附件真空活塞真空活塞：有金属的，也有玻璃的；连接与开关：有金属的，也有玻璃的；连接与开关真空阀门真空阀门：同活塞：同活塞冷阱：冷阱： 可使某些气体在冷阱中被捕捉从而进一步提可使某些气体在冷阱中被捕捉从而进一步提高真空度或对某些气体进行分离。高真空度或对某些气体进行分离。5.4.3 5.4.3 真空清洁真空清洁 1 1）橡胶制件的清洁：）橡胶制件的清洁

14、：氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液； 2 2）玻璃零件的清洁：）玻璃零件的清洁：洗液洗液； 5 5）金属制品的清洁：）金属制品的清洁：有机溶剂去油有机溶剂去油。345.4.4 5.4.4 真空系统抽气的几个术语真空系统抽气的几个术语（1) 1) 气流量气流量Q Q式中式中 V V气体体积，气体体积，m m3 3 p p压力，压力，PaPa t t时间，时间，s s（2) 2) 真空管路的流导真空管路的流导C C式中式中 Q Q气流量，气流量， Pa.m Pa.m3 3/s/s p p2 2， p p1 1管道两端的压力。管道两端的压力。（3)3)抽气速率抽气速率()dpVQdt21QCppQSp355

15、.5 5.5 真空检漏真空检漏检漏即寻找真空系统的漏点和漏气的原因；检漏即寻找真空系统的漏点和漏气的原因； 工具工具：常用火花探测器（真空枪）。：常用火花探测器（真空枪）。 首先首先，作静态实验检查系统是否漏气；如后图，作静态实验检查系统是否漏气；如后图! ! 其次其次，如漏气，借助检漏工具检查易漏气的地方，如漏气，借助检漏工具检查易漏气的地方，通常是连接处和密封处及管道中的砂眼。通常是连接处和密封处及管道中的砂眼。 最后最后，找到漏气点，排除故障。，找到漏气点，排除故障。36 静态实验A 系统正常B 泵可能有问题C 系统不清洁D 系统漏气 根据检漏情况采取相应措施。37作业作业1 1、什么叫极限真空度？、什么叫极限真空度？2 2、抽真空有四种基本方法，机械泵用的是什么方法？、抽真空有四种基本方法，机械泵用的是什么方法？扩散泵用的是什么方法？扩散泵用的是什么方法？3 3、从工作特点来说，机械泵属于什么泵（