Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Величина течи определяется потоком натекающего через течь газа в единицу времени. Количество натекающего газа определяется произведением объема проникшего газа Г на его давление Р. В системе СИ поток измеряется в Вт, а на практике в качестве единицы измерения потока газа используется произведение 1 литра на давление микрон рт, сг.
1л х мкм рт. ст.), что соответствует 1,33х10 Вт. Режим протекания газов через течи в вакуумных системах в зависимости от размеров и формы течи, природы газа, его температуры и давления может быть молекулярным, вязкостным и молекулярно-вязкостным. Методика установления степени герметичности вакуумной системы сводится к подаче со стороны оболочки пробного, легко идентифицируемого вещества, а со стороны вакуумной среды фиксируются количественные изменения содержания пробного вещества. На сеголняшний день разработаны различные методы контроля герметичности вакуумной системы, среди которых следует отмстить методы опрессовки и искрового разряда, маномегрический, люминесцентный, маиометрический, масс-спекгрометрический метод и др. яГенометрическнй метод испытания на герметичность широко применяется, поскольку в каждой вакуумной установке есть хотя бы один вакуумметр, который может быть использован для выявления течей.
С помощью вакууммстра можно определить суммарный поток натекаиия через течи в 'истему и обнаружить места течей. Если при зачивке жидкого азота в охлаждаемые ловушки показания аакуумметра не изменяются и составляют завышенное значение по сравнению с расчетными или полученными ранее, то это свидетельствует о наличии тече ей в системе. Для определения суммарного потока натекаиия через течи необходимо "гсоелинить испытуемую систему от средств откачки. По показаниям вакуумметра, снятым через определенные промежутки времени, необходимо построить зависимость лавлеиия от времени, определяемую суммарным потоком газовыделения внугренних по- Часть /. Вакуумная и плазменная электроника верхностей системы и потоком натекання через течи (рнс.
2.14). Суммарный поток определяется углом наклона касательной / к кривой 2 в ее начальной точке, а поток натекання углом наклона прямолинейного участка кривой 2 к оси абсцисс. Рис. 2.14. Зависимость давления в изолированной вакуумной системе от времени Для определения потока натекания необходимо совершить слелующие действия: 1.
Установить момент времени б в ко~орый начинается близкое к линейному изменение давления (при этом устанавливается равновесный поток газовыделения и дальнейшее повышение давления в системе происходит только вследствие натекания через течи). 2. Измерить давление р, в вакуумной системе, соответствующее моменту времени /ь 3. Выждать время наблюдения Лг и измерить давление рь соответствующее моменту времени /ь 4. Определить изменение давления Ьр за время наблюдения /г/ и суммарный поток натекания по формуле Ь/ = Р Ьр/Л/, где 1т — обьем проверяемой системы, м~; Л( — время наблюдения, с. В системах с большим газовыделением манометрический преобразователь целесообразно подсоединить через охлаждаемую ловушку, применение которой повышает эффективность поглощения продуктов газовыделения и позволяет уменыцить время выхода на линейный участок характеристики /рис.
2.14), При измерениях уровень жидкого азота в ловушке должен быть постоянным. При испытаниях газонаполненных систем испытуемый элемент помещают в вакуумную камеру, в которую подают воздух под избыточным давлением. О степени негерметичности судят по изменению показаний манометрических преобразователей вакуумной камеРы пРи известном изменении избыточного давления в элементе.
Место течи определяют по изменению показаний вакуумметра при подаче на отдельные участки поверхности пробного вещества, Наиболее чувствительны к течи неабсолютные манометрическне преобразователи. показания которых зависят от рода газа. Для получения количественной оценки обнаруживаемых течей предварительной градуировкой маномегрического преобразователя устанавливают его чувствительность по воздуху кя и пробному газу Ал При работе с неабсолютным манометрическим преобразователем изменение его сигнала вследствие замены потока воздуха через течи потоком пробного вещества люжет быть обусловлено тремя факторами: Ы различными скоростями натекання воздуха н пробного вещества через течи; 14 различными значениями быстроты откачки воздуха н пробного вещества насосами испьпусмой системы; 51 л Физика и техника вакуума различными чувствительностями манометрического преобразователя к воздуху и пробному веществу.
рекомендуется использовать пробное вещество, для которого все три фактора вызывают либо увеличение, либо уменьшение показаний вакуумметра, т, е, чтобы удовлетворялось неравенство Кл"~.Ъ1Клблй ээ ) (2.32) или Кл5йл ~Клблй кк ) (2.33) где 5з и 5л — быстрота лействия насоса при откачке воздуха и пробного вещества, соответственно, м'1с; Дл и грл — поток через течь воздуха и пробного вещества, соответственно, Па м 1с; К„и Кл — коэффициенты чувствительности маномстрических преобразова! телей к воздуху и пробному веществу, соответственно, А1Па.
Используя манометрическнй преобразователь с линейной характеристикой, испытания второго этапа можно проводить с количественной оценкой обнаруживаемых течей. Для этого необходимо 1. Снять показания р,манометрического преобразователя. отградуированного по воздуху до подачи пробного вещества на течь. 2. Обдуть пробным газом илн смочить пробной жидкостью предполагаемые места течи и снять показания вакуум леметра р, прн вновь установившемся давлении. 3. Определить разницу давлений лр = р, — р, по воздушному эквиваленту и рассчитать поток газа через течь, вызвавший реакцию вакуумметра для молекулярного режима: В, = г$лЛр1(бт — ()) .
(2.34) Для вязкостного режима: В„, = С5лЛр1(бС- б), (2.35) зде г = 11л1Мл — отношение молЯРных масс пРобного вещества и воздУха; Ь = Ьл15л— отношение эффективных скоРостей Реакции на пРобное вещество и воздУх; Р = 'кл1 1л— коэффициент относительной чувствительности манометрического преобразователя по лробномУ веществУ; Ь = ~)л ' з1л — отношение динамических вЯзкостей пРобного вещества н воздуха, "ели в испытуемой системе применено селективное средство откачки с 5л= О, то обнаРуженный поток газа через течь оценивают по формуле В = ИЛрл1(Лгб), 12.36) где Ллл — изменение давления пробного вещества за время Лк ~идкие пробные вещества вызывают большую реакцию аакуумметра, нежели пробный газ аз гак, в частности, реакция вакуумметра на пары ацетона почти на три порядка больше, чем реакция на гелий.
л гаев осе-саектгэотетрическии метод основан на процессах ионизации газов и паров с пос,зет 'едуюшнм разделением и анализом ионов в магнитных н электрических полях. Метод отл личается высокой чувствительностью н универсализмом. Основным элементом такого тип па течеискателя является масс-спектрометрнческнй анализатор с магнитным отююненн "ем пучка ионов.
С помощью масс-спектрометрического течеискателя контроль герме- Часть!. Вакуумная и плазменная электроника тнчности и поиск течей может осуществляться различными способами: обдув, накопление, использование гелиевых чехлов, щупа и вакуумных присосок. Масс-спектрометрнческие течеискатели выпускаются промышленностью (ПТИ-7А, ПТИ-9, Г!ТИ-!О, СТИ-8) с соответствуюглими инструкциями по применению тех или иных способов поиска течей. Задачи и упражнения ~2.11 Средняя длина пробега электронов и молекул Опредезнзте среднюю длину свободного пробега молекул и электронов. Объясните смысл понятия "средняя длина свободного пробега", иллюстрируя отав~ примерами перемещения как молекул, так и электронов.
Вычислите среднюю длину свободного пробега молекул неона (диаметр молекулы неона составляет Зх!О м), а также среднюю длину свободного пробега электронов в этом газе, и предполагая, что газ неон — единственный газ, который присутствует в исследуемом объеме. Следовательно, число столкновений определяется выражением и = Л'яг!зГ ь!г, (2.!.!) где Л' — число молекул в единице объема.
Среднее расстояние, пройденное молекулой между столкновениями, запишется в виде ыФ Р)г ! и Укг)зтгуг тиР 7Г ' Действительно, если взять распределение по скоростям Максвелла — Больцмана, то средняя длина свободного пробега ! /~ ~2„,, (2.! .2) Решение Средняя длина свободного пробега является важным параметром при рассмотрении проблемы электропроводности в газах. В общем аиде ее можно определить как среднее расстояние, которое проходит частица в газе между последовательными соударениялщ. Существуют два специфических понятия средней ллины свободного пробега в газе, состоящем из одинаковых молекул: С) длина свободного пробега молекул; С) длина свободного пробега электронов.
Рассмотрим первый случай — длину свободного пробега молекул. Предположим, что в газе беспорядочно движется только одна молекула, остальные молекулы неподвижны, Эта молекула перемещается вдоль цилиндра диаметром г!„. При этом она будет соударяться с теми покоящимися молекулами, которые расположены внутри цилиндра, т.е. с теми молекулами, центры которых удалены от центра движущейся молекулы на расстояние не менее чем 2г)„(см, рис, 2В). Пусть Р— средняя скорость молекул при температуре 7'!К).
Тогда за время а!г молекула пройдет расстояние т й . Объем цилиндра, в котором находится молекула, равен убФ с!'. 53 2 Физика и техника вакуума Иодставляя в это выражение величину У из уравнения состояния р = кч7; имеем И' т. е. получаем, что (2.1.3) Это соответствует ранее полученному соотношению !2.17, а). Бычислиьз значение средней ллины свободного пробега молекулы в газе, находящемся в условиях комнатной температуры и нормального давления. 1,38 10 " 300 — 155 м. Л х 9 !О " 5 10 т 13,6 9,81 рассмотрим теперь среднюю длину свободного пробега электронов в идеальном газе. Диаметр электрона много меньше диаметра молекулы.
Эффективный радиус цилиндра, в котором движется электрон, можно принять равным г1,! 2. Более того, поскольку скорость электрона много больше скорости молекулы, множителем ч2 можно пренебречь. !1озтому мы можем записать выражение для средней длины свободного пробега электрона в виде 4!гр l,, =- —, лтз р где р измеряется в Н!м, Если давление измеряется в мм рт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
