Лекции ОВТ (1074277), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Рис.39б

С помощью представленных зависимостей можно легко определять предельное давление в вакуумной системе с крионасосом, если известен криоагент (т.е. температура криопанели) и исходные парциальные давления откачиваемых газов.

Так, из диаграмм видно, что гелий, испаряющийся в атмосфере (например, внутри криопанели, где Р 10⁵ Па) создает температуру 4,2 К, что соответствует точке “а” диаграммы. При такой температуре давления насыщающих паров водорода составляет 5*10^-7 тор 6*10^-5 Па (точка “в”), давление насыщающих паров неона

Р_Ne 5*10^-20 тор = 6*10^-18 Па (точка “с”). Давление насыщающих паров других газов при такой температуре еще меньше и практически не может быть измерено.

По аналогии, жидкий водород, залитый в криопанель в качестве хладоагента создает температуру 20,4 К (точка “d”), при которой давление насыщающих паров для различных атмосферных компонентов составляет:

неона Р_Ne тор 133 Па (точка е),

азота тор (точка f),

кислорода тор (точка g),

угарного газа тор (точка h),

аргона тор (точка k)

Как следует из диаграммы, гелий и водород, находящиеся в вакуумной камере при этом не конденсируются.

Предельное давление крионасоса рассчитывается как сумма парциальных давлений конденсирующихся паров, составляющих исходную атмосферу плюс сумма исходных парциальных давлений неконденсирующихся газов. При этом если исходное парциальное давление конденсирующих паров (при температуре криопанели) больше давления насыщающих паров, то их учитывается давление насыщающих паров, если меньше – то исходное парциальное давление.

Лекция №18

Принципы измерения вакуума

Прежде всего следует отметить , что измерение вакуума – это измерение давления ниже атмосферного. Поскольку величина давления является критическим параметром практически для всех технологических процессов, реализуемых в вакууме, то измерение давления (вакуума) является важнейшей процедурой. Давление, создаваемое современными вакуумными системами варьируется в диапазоне от 10⁵ Па до 10^-10 Па, рис. 40, поэтому технически невозможно создать манометр, работающий в столь широком диапазоне давлений. Здесь находит отражение философский принцип “перехода количества в качество”: столь большие количественные концентрации газа неизбежно требуют качественно других методов измерения в других диапазонах давлений.

Рис.40

К настоящему времени конструкторами разработан большой набор конструкций манометров в совокупности перекрывающий весь диапазон указанных давлений.

Международной единицей измерения давления является

1 Паскаль = 1 Па = 1Ньютон*м^-2,

названной в честь Блеза Паскаля, впервые измерившего атмосферное давление. До 50^Х годов 20-ого столетия была принята внесистемная единица 1 торр = 1 мм рт.ст = 133 Па, названная в честь Эванжелисто Торичелли впервые определившего “силу боязни пустоты”. Соотношение указанных единиц с некоторыми другими принятыми в Англии, США, а также с единицами, принятыми в гидравлике и пневматике, даны в таблице:

Обычно манометры снабжены блоком управления с контроллером, позволяющим преобразовывать изменения давления в электрический сигнал , чтобы управлять автоматикой вакуумной системы.

Кратко рассмотрим основные типы широко используемых манометров.

1. ГидростатическиеV – образные манометры позволяют измерять давление от атмосферного до 10² Па и состоят из откачанной V – образной трубки, частично заполненной ртутью и соединенной с вакуумной системой. Преимущества манометров – прямое измерение давления, независимость от вида газа.

2. Деформационные манометры.

Принцип работы основан на изменяющейся (в зависимости от давления) деформации упругого элемента – трубки Бурдона или металлической мембраны.

Использование металлической мембраны в сочетании с индуктивными или емкостным датчиком точных перемещений позволяет измерять давления в области Р_ИЗМ = 10⁵ –10^-2 Па

1. Компрессионный манометр (Мак-Леода) – представляет усовершенствованную разновидность гидростатического V – образного манометра. Газ сжимается в манометре в известное число раз, что позволяет с помощью прямого метода ,измерять давления до 10^-3 Па. Компактная разновидность манометра – вакустат позволяет монтировать манометр на установке.

Достоинства:

1) прямые измерения давления, что позволяет использовать его в качестве образцового для калибровки манометров других типов;

2) широкий диапазон измеряемых давлений, распространяющийся на область высокого вакуума

Недостатки:

1) большое время, затрачиваемое на один замер (2-5 мин);

2) невозможность автоматизации;

3) невозможность работы с конденсирующимися парами.

1. Тепловые манометры Принцип работы основан на связи теплопроводности газа с давлением. В зависимости от способа измерения температуры нагреваемой нити делятся на два типа:

1) Манометры сопротивления (м. Пирани) измеряют изменение температуры нити , как функцию изменения ее сопротивления. Сопротивление нити измеряют с помощью мостовой схемы. Манометр может измерять давление в диапазоне 10³-10^-2 Па.

2)Термопарный манометр – представляет наиболее дешевую и простую разновидность теплового манометра, в котором температура нагретой нити измеряется с помощью термопары. Работает в диапазоне давлений 10² – 10^-1 Па.

5. Ионизационный манометр

Принцип работы основан на ионизации газа в объеме датчика потоком электронов, который строго стабилизирован ( обычно 5 mА). Тогда количество образованных (за счет электронной бомбардировки молекул) ионов будет зависеть от давления (точнее от объемной концентрации газа). В простейшей модификации может измерять давление в диапазоне 10^-1 – 10^-5 Па. В усовершенствованной модификации (датчик Альперта), в которой устранена причина, вызывающая заметный фототок, может измерять давление в диапазоне 10^-1 – 10^-9 Па.

6. Магниторазрядный манометр (м. Пенинга)

Манометр Пенинга или так называемый манометр с холодным катодом. Принцип действия как и у ионизационного манометра основан на ионизации газа. Для расширения диапазона измеряемых давлений и возможности использования холодного катода в манометре использована система скрещенных магнитного и электрического полей. Магнитное поле закручивает траекторию электронов по спирали, увеличивает вероятность ионизации молекул газа электронами. Диапозон измеряемых давлений составляет 10 – 10^-7 Па.

7. Инверсно магнетронный манометр так же как и магниторазрядный использует схему скрещенных электрического и магнитного полей. В отличие от магниторазрядного конструкция системы “анод – катоды” позволяет создать практически стационарную орбиту для появляющихся в результате ионизации вторичных электронов. Конструкция предусматривает также разделение фонового и ионного (измеряемого) токов, что позволяет расширить диапазон измеряемых давлений в области сверхвысокого вакуума и обеспечить работу в диапазоне Р_ИЗМ = 10-10 ^–10 Па.

Лекция №19

Механические (деформационные) манометры

Наиболее распространенный тип деформационных магометров представляет собой трубку Бурдона, соединенную с откачиваемым сосудом, рис. 41.

Рис.41

Конструкция аналогична барометру – анероиду и содержит следующие составные части:

1 - трубка Бурдона (тонкостенная спирально скрученная трубка, представляющая в сечении эллипс, герметично запаянная с одной стороны, и присоединенная к вакуумной системе с другой);

2 – стрелка;

3 – присоединительный фланец;

4 – тяга;

5 – шкала;

6 – шарнир тяги

При давлении около 0.1 тор ( 10 Па) манометр практически не реагирует на изменение давления (”0” шкалы манометра), максимум соответствует 10⁵ Па (атмосфере).

Для расчета упругой характеристики прибора выразим внешние приведенные силы, действующие на стенки трубки Бурдона с наружной и внутренней стороны архимедовой спирали и обозначенные как F₁ и F₂ , рис.36, через соответствующие площади:

где P_e- внешнее (атмосферное ) давление, Па

P_m - измеряемое давление, Па

Характеристики

Список файлов лекций