第8章:真空技术 要求掌握的内容: ◆1机械泵有哪两个主要作用? ◆2若用机械泵抽含水蒸气的气体,会产生什么后 果? ◆3扩散泵的工作原理。 ◆4低温泵的工作原理。要获得低温面,有哪三种 方式? ◆5吸附泵的工作原理,常用吸附剂。 ◆6低温泵和吸附泵的共同优缺点是什么? ◆7列出四种常用测量真空的真空计? ◆8真空检漏有哪三类基本方法? ◆9使用高频火花检漏仪检漏时,判别是否有漏孔 的现象是什么? ◆10画出用氦质谱仪作检漏设备的检漏系统示意图 并说明其工作原理。并说明用氦气作为示漏气体 的原因
要求掌握的内容 : 1 机械泵有哪两个主要作用？ 2 若用机械泵抽含水蒸气的气体，会产生什么后 果？ 3 扩散泵的工作原理。 4 低温泵的工作原理。要获得低温面，有哪三种 方式？ 5 吸附泵的工作原理，常用吸附剂。 6 低温泵和吸附泵的共同优缺点是什么？ 7 列出四种常用测量真空的真空计？ 8 真空检漏有哪三类基本方法？ 9 使用高频火花检漏仪检漏时，判别是否有漏孔 的现象是什么？ 10 画出用氦质谱仪作检漏设备的检漏系统示意图 并说明其工作原理。并说明用氦气作为示漏气体 的原因。 第 8章：真空技术
8.21机械泵 1两个主要作用 获得低真空 作为其它抽更高真空泵(扌扩散泵、冷凝泵) 的前级泵 ◆3不宜抽水蒸汽 水蒸汽在压缩过程中会冷凝,形成的液体 和油混合残留在泵体内,产生的后果: 泵体中水蒸气压和被抽容器压力达到平衡时, 泵就不起抽气作用了; °水混入油后,使油含酸性,引起油胶化、泵的 金属零件氧化,损坏机械泵
8.2.1 机械泵 1 两个主要作用 – 获得低真空 – 作为其它抽更高真空泵(扩散泵、冷凝泵) 的前级泵 3 不宜抽水蒸汽 – 水蒸汽在压缩过程中会冷凝，形成的液体 和油混合残留在泵体内，产生的后果： • 泵体中水蒸气压和被抽容器压力达到平衡时， 泵就不起抽气作用了； • 水混入油后，使油含酸性，引起油胶化、泵的 金属零件氧化，损坏机械泵
8.22扩散泵 2工作原理 油射流的形成 扩散泵底部的高真空油在经泵外电炉加热后,产生的油蒸 气沿着烟囱管传输到上部,经平行喷嘴向下喷出。由于前 级机械泵的抽空作用,喷嘴外的气体压强很低,压差使油 蒸气从喷嘴处定向髙速喷出,形成射流。 射流具有很强的带分子的能力 P-高的射流运动速度 蒸气流密度大 -油的分子量大 被抽分子一旦落入射流范围,便可从射流中获得向出口方 向运动的动量,迅速往下方飞去,因此在射流界面内被抽 气体分子不能长期滞留。 ◆被抽气体分子进入射流 由于被抽气体分子不能在射流中长期滞留,因此被抽气体 分子在射流中密度很小,射流界面上与界面内的被抽气体 分子密度差使气体分子不断向射流中扩散,进入射流后被 髙速流动的射流带至机械泵抽口附近,最终被机械泵抽
2 工作原理 油射流的形成 – 扩散泵底部的高真空油在经泵外电炉加热后，产生的油蒸 气沿着烟囱管传输到上部，经平行喷嘴向下喷出。由于前 级机械泵的抽空作用，喷嘴外的气体压强很低，压差使油 蒸气从喷嘴处定向高速喷出，形成射流。 射流具有很强的带分子的能力 – 高的射流运动速度 – 蒸气流密度大 – 油的分子量大 被抽分子一旦落入射流范围，便可从射流中获得向出口方 向运动的动量，迅速往下方飞去，因此在射流界面内被抽 气体分子不能长期滞留。 被抽气体分子进入射流 – 由于被抽气体分子不能在射流中长期滞留，因此被抽气体 分子在射流中密度很小，射流界面上与界面内的被抽气体 分子密度差使气体分子不断向射流中扩散，进入射流后被 高速流动的射流带至机械泵抽口附近，最终被机械泵抽 走 8.2.2 扩散泵
82.3低温泵 ◆1原理 利用低温表面将气体冷凝以实现抽气的 种泵 用低温介质将抽气面冷却到一定温度(如 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 ◆2低温表面的冷却方式 (1)贮液式低温泵 (2)连续流动式低温泵 (3)带制冷机的低温泵
8.2.3 低温泵 1 原理 – 利用低温表面将气体冷凝以实现抽气的一 种泵 – 用低温介质将抽气面冷却到一定温度 ( 如 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。 2 低温表面的冷却方式 – (1) 贮液式低温泵 – (2)连续流动式低温泵 – (3)带制冷机的低温泵
824吸附泵 ◆1原理 吸附泵利用吸附材料在低源下吸附真空系统中的 气体的原理进行工作。 这些吸附材料在低温下具有很强的吸附能力,吸 附方式一般有物理吸附、吸收和化学吸附。 2吸附剂 吸附剂种类:活性炭、分子筛 吸附:当冷却到一定温度(如液氮)时,其吸附能力 将比室温下大大提高。 解吸:将吸附泵加热到泵体温度,若要脱水,则 需加热到200-250℃ ◆3低温泵和吸附泵的优缺点 优点: ·不含油蒸汽,可得到极为洁净的真空 由于冷面尺寸不受限制,可得到很大的抽气速率 缺点:要消耗低温液体或要由低温制冷机提供冷量
1 原理 – 吸附泵利用吸附材料在低温下吸附真空系统中的 气体的原理进行工作。 – 这些吸附材料在低温下具有很强的吸附能力，吸 附方式一般有物理吸附、吸收和化学吸附。 2 吸附剂 – 吸附剂种类：活性炭、分子筛 – 吸附：当冷却到一定温度(如液氮)时，其吸附能力 将比室温下大大提高。 – 解吸：将吸附泵加热到泵体温度，若要脱水，则 需加热到200~250℃ 3 低温泵和吸附泵的优缺点 – 优点： • 不含油蒸汽，可得到极为洁净的真空 • 由于冷面尺寸不受限制，可得到很大的抽气速率 – 缺点：要消耗低温液体 或 要由低温制冷机提供冷量 8.2.4 吸附泵
8.3真空的测量 ◆3测量方法 直接测气体压强:U形真空计、麦氏真空 计 间接测量,非电量电测法:热偶真空计、 电离真空计(热阴极、冷阴极)等
8.3 真空的测量 3 测量方法 – 直接测气体压强：U形真空计、麦氏真空 计； – 间接测量，非电量电测法：热偶真空计、 电离真空计(热阴极、冷阴极)等
84.1概述 方法 压力检漏法:P内>P外,气压法 真空检漏法:P内<P外,氦质谱仪检漏 法、高频火花检漏法等 其它方法:放射性同位素法等
8.4.1 概述 方法 – 压力检漏法：P内>P外，气压法 – 真空检漏法：P内<P外，氦质谱仪检漏 法、高频火花检漏法等 – 其它方法：放射性同位素法等
84.3高频火花检漏仪 ◆1检漏对象 玻璃系统或器件 ◆2高频火花检漏仪 是高频火花发生器,产生电火花 ◆3是否有漏的判别 无漏孔时:电火花保持原来杂乱无章的散射 有漏孔时:杂乱的火花形成一股线条,并出现亮 点 ◆4使用中注意点 使用时不宜在某一处停留过久,以免击穿玻璃
8.4.3 高频火花检漏仪 1 检漏对象 – 玻璃系统或器件 2 高频火花检漏仪 – 是高频火花发生器，产生电火花 3 是否有漏的判别 – 无漏孔时：电火花保持原来杂乱无章的散射 – 有漏孔时：杂乱的火花形成一股线条，并出现亮 点 4 使用中注意点 – 使用时不宜在某一处停留过久，以免击穿玻璃
8.44氦质谱仪检漏法 X×X X X XX ◆2工作原理 氦作为示漏气体的专门用于检漏的质谱分析仪器,以检测到的 示漏气体氦的多少来进行检漏。 N:质谱室阴极,把来自检漏系统的气体分子电离成离子 S:磁偏转气体入口,离子加速极,加速电压V(入口) H:均匀磁场,使被加速的离子按圆形轨迹运动 S2:磁偏转气体出口 K:离子接收靶,收集离子 偏转半径 144 R MV H ◆当H与V一定时,偏转半径R与离子的质荷比M(m/e)有关。 对于用氦气作示漏气体检漏时,固定H和R值,调节ⅴ值使氦离 子正好通过狭缝S2
2 工作原理 氦作为示漏气体的专门用于检漏的质谱分析仪器，以检测到的 示漏气体—氦的多少来进行检漏。 – N：质谱室阴极，把来自检漏系统的气体分子电离成离子 – S1：磁偏转气体入口，离子加速极，加速电压V （入口） – H：均匀磁场，使被加速的离子按圆形轨迹运动 – S2：磁偏转气体出口 – K：离子接收靶，收集离子 偏转半径： 当H与V一定时，偏转半径R与离子的质荷比M(m/e)有关。 对于用氦气作示漏气体检漏时，固定H和R值，调节V值使氦离 子正好通过狭缝S2。 8.4.4 氦质谱仪检漏法 MV H R 144 =
844氦质谱仪检漏法 ◆工作原理:当有质量不同的原子在仪器电离 室中电离成各带电荷的正离子,当离子在加 速区受到静电场的加速,获得一定的动能后 进入磁场,受磁场作用作圆周运动,不同的 离子具有不同的偏转半径,只有偏转半径与 质谱仪的几何半径相同的离子才能穿过出口 狭缝到达收集极形成离子流。当用氦作示漏 气体时,调整电场强度使氦离子流正好到达 收集极,则在检漏时,被检漏系统在若有泄 漏,则会有氦原子扩散至氦质谱检漏仪中, 仪表中会有读数反映出系统有漏孔
工作原理：当有质量不同的原子在仪器电离 室中电离成各带电荷的正离子，当离子在加 速区受到静电场的加速，获得一定的动能后 进入磁场，受磁场作用作圆周运动，不同的 离子具有不同的偏转半径，只有偏转半径与 质谱仪的几何半径相同的离子才能穿过出口 狭缝到达收集极形成离子流。当用氦作示漏 气体时，调整电场强度使氦离子流正好到达 收集极，则在检漏时，被检漏系统在若有泄 漏，则会有氦原子扩散至氦质谱检漏仪中， 仪表中会有读数反映出系统有漏孔。 8.4.4 氦质谱仪检漏法