LAB2.3.1(A) (1188660)
Текст из файла
Ñîâðåìåííûå ñðåäñòâà ïîëó÷åíèÿ èèçìåðåíèÿ âàêóóìàÅãàíÿí Àëåêñåé Á01-9071ÒåîðèÿÐèñ. 1: Ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ñòåíäà1.1Âàêóóì ôèçèêå âàêóóìîì íàçûâàþò ñîñòîÿíèå ãàçà, ïðè êîòîðîì õàðàêòåðíàÿäëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ìîëåêóë â ãàçå λ ñðàâíèìà ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíûñ õàðàêòåðíûì ëèíåéíûì ðàçìåðîì ñîñóäà d, â êîòîðîì ãàç íàõîäèòñÿ. Äëÿâîçäóõà ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ λ ≈ 10−5 ñì, îòêóäà âèäíî, ÷òî âîçäóõ âæèëûõ ïîìåùåíèÿõ íå íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè âàêóóìà, íî, íàïðèìåð, âíóòðè ïîðèñòûõ ìàòåðèàëîâ, òàêèõ êàê äðåâåñèíà, óæå ìîæåò íàõîäèòñÿ. òåõíèêå âàêóóìîì íàçûâàþò ñîñòîÿíèå ãàçà, ïðè êîòîðîì åãî äàâëåíèåìåíüøå àòìîñôåðíîãî.
Ðàçëè÷àþò ñëåäóþùèå òèïû âàêóóìà: íèçêèé, êîãäà ñðåäíÿÿ äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ìîëåêóë ãàçà çíà÷èòåëüíî ìåíüøåõàðàêòåðíîãî ëèíåéíîãî ðàçìåðà ðàññìàòðèâàåìîãî îáúåìà, ò.ê. λ < d; ñðåäíèé, êîãäà λ ≈ d; âûñîêèé(èëè ãëóáîêèé), êîãäà λ >> d. Èíîãäà âûäåëÿþòåùå ñâåðõâûñîêèé âàêóóì, ïðè êîòîðîì íå ïðîèñõîäèò çàìåòíîãî èçìåíåíèÿñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè, ïåðâîíà÷àëüíî ñâîáîäíîé îò àäñîðáèðîâàííîãî ãàçà,çà âðåìÿ, ñóùåñòâåííîå äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà.
Ãàç â ñîñòîÿíèè âûñîêîãî âàêóóìà íàçûâàåòñÿ óëüòðàðàçðåæåííûì.Ñôåðà ïðèìåíåíèÿ âàêóóìíîé òåõíèêè èòåõíîëîãèé ñòðåìèòåëü-íî ðàñøèðÿåòñÿ. Âàêóóì ÿâëÿåòñÿ èäåàëüíî ÷èñòîé òåõíîëîãè÷åñêîé ñðå-äîé, âêîòîðîé ìîæíî îñóùåñòâèòü ýëåêòðîõèìè÷åñêèå è ýëåêòðîôèçè÷å-ñêèå ïðîöåññû ïðè èçãîòîâëåíèè èçäåëèé, èñïîëüçóåìûõ â ðàçëè÷íûõ îò-ðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè. Íîâûå òèïû ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóð, îñî-áî ÷èñòûåìàòåðèàëû, ñïëàâû, ñïåöèàëüíûå ïîêðûòèÿ èçãîòàâëèâàþòñÿ â âàêóóìå.1.2Ïîíÿòèÿ äëÿ ðàáîòû ñ âàêóóìíîé òåõíèêîéÏðåäåëüíîå îñòàòî÷íîå äàâëåíèå − íàèìåíüøåå äàâëåíèå ãàçà, êîòîðîåôîðìèðóåòñÿ â ïðîöåññå îòêà÷êè â ðàññìàòðèâàåìîì ñå÷åíèè âàêóóìïðîâîäà.
Îáû÷íî âûäåëÿþò ïðåäåëüíîå äàâëåíèå â êàìåðå èëè íà âõîäå â íàñîñ.Íàèáîëüøåå âûïóñêíîå äàâëåíèå − ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå äàâëåíèåãàçà íà âõîäå íàñîñà.Áûñòðîòà îòêà÷èâàþùåãî äåéñòâèÿ − îáúåì ãàçà, ïðîõîäÿùèé ÷åðåçðàññìàòðèâàåìîå ñå÷åíèå âàêóóìîïðîâîäà â åäèíèöó âðåìåíè ïðè òåêóùåìäàâëåíèè â äàííîì ñå÷åíèè:dV0(1)S0 =dtÏàäåíèå äàâëåíèÿ âäîëü âàêóóìîïðîâîäà δP = P1 − P2 îïðåäåëÿåòñÿ åãîïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòüþ :U=ãäå Q - ïîòîêíà êîíöàõ.ãàçàQ,P1 − P2(2)÷åðç âàêóóìîïðîâîä ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè äàâëåíèÿìèÎñíîâíîå óðàâíåíèå âàêóóìíîé òåõíèêèíîâíûå ïàðàìåòðû âàêóóìíîé ñèñòåìû:- óðàâíåíèå, ñâÿçûâàþùåå îñ-111=+S0SnUÊîëëè÷åñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêîé òå÷è ÿâëÿåòñÿðÿåìîå ïðè îòêëþ÷åííûõ ñðåäñòâàõ îòêà÷êè:Qn = VP1 − P0∆t(3)íàòåêàíèåQn , èçìå-(4)Íà ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü âàêóóìîïðîâîäà ñóùåñòâåííî âëèÿåò ðåæèìòå÷åíèÿ ãàçà, êîòîðûé õàðàêòåðèçóåòñÿ ÷èñëîì Êíóäñåíà, ðàâíûì îòíîøåíèþ äëèíû ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ìîëåêóë â ãàçå ê õàðàêòåðíîìó ëèíåéíîìóðàçìåðó òå÷åíèÿ:λKn =(5)d21.3Âðåìÿ îòêà÷êèÐàññìîòðèì ñëó÷àé, êîãäà S0 = const.
Òîãäà çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ îò âðåìåíè çàïèñûâàåòñÿ â âèäå:P (t) = P1 exp(−Ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè îòêà÷êèτ =îòêà÷íîé ñèñòåìû.1.4V0S0S0t)V0(6)ÿâëÿåòñÿ ìåðîé ýôôåêòèâíîñòèÏëàñòèí÷àòî-ðîòîðíûé íàñîñ öèëëèíäðè÷åñêîì êîðïóñå ïëàñòèí÷àòî-ðîòîðíîãî íàñîñà ñî ñìåùåíèåìýêñöåíòðè÷íî ðàçìåùåí ðîòîð, êàñàþùèéñÿ êîðïóñà ñ îäíîé ñòîðîíû. Ðîòîð ñíàáæåí ïëàñòèíàìè, êîòîðûå ïðèæèìàþòñÿ ê ñòåíêàì è ñêîëüçÿò ïîâíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè. Ãàç, ïîïàäàþùèé íà âõîä ïðîòàëêèâàåòñÿ ïëàñòèíàìè è âûòàëêèâàåòñÿ èç íàñîñà ÷åðåç âûïóñêíîé êëàïàí.Ðèñ. 2: Êîíñòðóêöèÿ îäíîñòóïåí÷àòîãî ÏÐÍ−ïðåèìóùåñòâà : íåïðèõîòëèâ â ðàáîòå(ìîæåò îòêà÷èâàòüñÿ çàãðÿçíåííóþ ñðåäó,áåç óùåðáà äëÿ êîíñòðóêöèîííûõ ýëåìåíòîâ); èñïîëüçóåòñÿ äëÿïðåäâàðèòåëüíîé(ôîðâàêóóìíîé îòêà÷êè) â ñèñòåìàõ îòêà÷êè ñ íèçêèìèòðåáîâàíèÿìè ïî ÷èñòîòå îòêà÷èâàåìîãî îáúåìà; èñïîëüçóåòñÿ äî äâóõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñòóïåíåé.−íåäîñòàòêè : ïðèñóòñòâèå â ðàáî÷åé êàìåðå ìàñëà, êîíòàêòèðóþùåãîñ îòêà÷èâàåìîé ñðåäîé(âîçìîæíî ïîïàäåíèå ïàðîâ â îòêà÷èâàåìûé îáúåì)è íåîáõîäèìîñòü ïåðåîäè÷åñêîé åãî çàìåíû; íèçêèé ïðåäåëüíûé âàêóóì çàñ÷åò îáðàòíîãî ïîòîêà âîçäóúà ÷åðåç âûïóñêíûå êëàïàíû; ìàëîýôôåêòèâåíäëÿ îòêà÷êè âëàæíûõ ñðåä.−òèï âûêóóìà: ñðåäíèé3Ðèñ.
3: Êîíñòðóêöèÿ òóðáîìîëåêóëÿðíîãî íàñîñà1.5Òóðáîìîëåêóëÿðíûé íàñîñÎòêà÷êà â òóðáîìîëåêóëÿðíîì íàñîñå îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ñîóäàðåíèÿ÷àñòèö ãàçà ñ áûñòðîäâèæóùèìèñÿ òóðáèííûìè ëîïàòêàìè äèñêîâ ðîòîðà ñïåöèàëüíîé ãåîìåòðèè, êîòîðûå ïðèäàþò èì äîïîëíèòåëüíûé èìïóëüñâ çàäàííîì íàïðàâëåíèè ïîòîêà. Ìåæäó äèñêàìè ðîòîðà íàõîäÿòñÿ äèñêè ñòàòîðà ñ îáðàòíî îáðàùåííûìè ëîïàòêàìè, íàïðàâëÿþùèå ïîòîê ìîëåêóë íà ñëåäóþùèå äèñêè òóðáèíû ïî îïòèìàëüíîé òðàåêòîðèè, ìèíèìèçèðóÿ îáðàòíûé ïîòîê. Êàæäàÿ ïàðà ïëàñòèí ðîòîðà-ñòàòîðà îáðàçóåò îäíóñòóïåíü.
Íàñîñ ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ ñòóïåíåé, àðñïîëîæåííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî, êàæäàÿ ïîñëåäóþùàÿ ñòóïåíü èìååò ìåíüøèå ãåîìåòðè÷åñêèå ðàçìåðû, ÷òî ïðè ïîñòîÿííîì ïîòîêà ãàçà ïðèâîäèò ê ïîñòåïåííîìó ïîâûøåíèþ äàâëåíèÿ äî âûïóñêíîãî ôîðâàêóóìíîãî. Ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ðîòîðàñîâðåìåííûõ òóðáîìîëåêóëÿðíûõ íàñîñîâ äîñòèãàåò íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâòûñÿ÷ îáîðîòîâ â ìèíóòó.−ïðåèìóùåñòâà: ïîñòîÿííàÿ ãîòîâíîñòü ê ðàáîòå; áûñòðûé çàïóñê(îêîëî10 ìèíóò íà ðàñêðó÷èâàíèå òóðáèíû); óñòîé÷èâîñòü ê ðåçêîìó ïîâûøåíèþ äàâëåíèÿ; øèðîêèé äèàïîçîí ðàáî÷èõ äàâëåíèé; ïðèìåðíî îäèíàêîâàÿáûñòðîòà äåéñòâèÿ äëÿ áîëüøèíñòâà ãàçîâ−íåäîñòàòêè: òðåáóåòñÿ íàäåæíàÿ çàùèòà âðàùàþùåéñÿ òóðáèíû îòëþáûõ ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé, ïðèâîäÿùèõ ê èçíîñó ïîäâåñêè ðîòîðà èðàçðóøåíèþ ëîïàòîê òóðáèíû.−òèï âàêóóìà: âûñîêèé422.1Âûïîëíåíèå ðàáîòûÒàáëèöà äàííûõ, ïîëó÷åííûõ ñ êîìïüþòåðàÎïðåäåëåíèå îòêà÷èâàåìîãî îáú¼ìà, îòêà÷êà ÔÂÍt, ñp1, Ïàp2, Ïà p3, ÏàÊîììåíòàðèè00:00:00 1, 00 ∗ 105Íà÷àëî ýêñïåðèìåíòà, âêëþ÷åíèå ÒÌÍ00:11:003,35Îòêà÷êà óñòàíîâêè äî ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ00:48:323,35Ïðèñîåäèíåíèå ñèëüôîíà, îòêðûòèå ÌÊ300:51:21 2, 58 ∗ 104Äàâëåíèå â âàêóóìíîé êàìåðå óñòàíîâèëîñü00:52:00 2, 58 ∗ 104Çàêðûëè ÌÊ1 è ÌÊ4, îòêðûëè ÌÊ200:57:30 2, 27 ∗ 104Âûðîâíÿëîñü äàâëåíèå â êàìåðå è ÔÂÌ00:58:00 2, 27 ∗ 104Îòêðûëè ÌÊ101:01:28 1, 69 ∗ 104Âûðîâíÿëîñü äàâëåíèå â Ê, ÔÂÌ è ÒÌÍ01:03:00 1, 69 ∗ 104Îòêà÷êà óñòàíîâêè, îòêðûò ÌÊ4Îïðåäåëåíèå îòêà÷èâàåìîãî îáú¼ìà, îòêà÷êà ÒÌÍt, ñp1, Ïàp2, Ïàp3, ÏàÊîììåíòàðèè01:31:325,69Îòêà÷êà óñòàíîâêè ÔÂÍ, âêëþ÷åíèå ÒÌÍ01:31:53 8, 91 ∗ 10−2 2, 15 ∗ 10−1 2, 15 ∗ 10−1Âêëþ÷åíèå Â2 è Â301:42:00 1, 00 ∗ 10−2 2, 07 ∗ 10−3 2, 85 ∗ 10−3Äàâëåíèå óñòàíîâèëîñü01:42:10−2, 07 ∗ 10−3 2, 85 ∗ 10−3 Íà÷àëî îáåçãàæèâàíèÿ íàêàëåííîé ñïèðàëè01:45:00−1, 81 ∗ 10−3 2, 55 ∗ 10−3Êîíåö îáåçãàæèâàíèÿ01:47:23−1, 64 ∗ 10−3 2, 31 ∗ 10−2Çàêðûòèå øèáåðà ØÇ01:47:52−3, 91 ∗ 10−1 1, 89 ∗ 10−1Îòêðûòèå ØÇ−3−301:52:21−1, 49 ∗ 102, 12 ∗ 10Óñòàíîâèâøååñÿ ïðåäåëüíîå äàâëåíèå33.1Îáðàáîòêà äàííûõÎáúåì óñòàíîâêèÏî çàêîíó Áîéëÿ-Ìàðèîòòà:p1 (V0 + Vk ) = p0 V0 + plim Vk ,(7)ãäå p0 - àòìîñôåðíîå äàâëåíèå, p1 = 2, 58 ∗ 104 , V0 - îáúåì ñèëüôîíà, Vk −p1= 724,8 ìë.
Àíàëîãè÷íî:îáúåì êàìåðû. Îòñþäà Vk = V0 ∗ pp1 o−plimp2 (V0 + Vk + Vf ) = p1 (V0 + Vk ) + plim Vf ,(8)ãäå Vf - îáúåì ôîðâàêóóìíîé ìàãèñòðàëè, p2 = 1, 69 ∗ 104 Ïà. Òîãäà Vf =1 −p2(V0 + Vk ) ∗ pp2 −p= 133,1 ìë.limp3 (V0 + Vk + Vf + Vn ) = p2 (V0 + Vk + Vf ) + plim Vn ,(9)2 −p3ãäå Vn - îáúåì íàñîñà. Îòñþäà Vn = (V0 + Vk + Vf ) ∗ pp3 −p= 381 ìë. Òîãäàlimîáúåì âñåé óñòàíîâêè: Vu = V0 + Vk + Vf + Vn = 1238, 9 ìë. Òåïåðü îöåíèì ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé.
Òî÷íîñòü èçìåðåíèé íàñîñîâ: ε1 = 15%, ε2 =30%, ε3 = 15%. Òîãäà ïîãðåøíîñòü îáúåìêà êàìåðû:q∆p0 2∆Vk2∆Vk = Vk ( ∆p1p1 ) + p0 ) = 53,5 ìë, εk = Vk ∗ 100% = 7,4 %5Vk = (724, 8 ± 53, 5) ìëÏîãðåøíîñòüq îáúåìà ÔÂÌ:∆p2 2∆Vk 2222∆Vf = Vf [( ∆p1p1 ) + p2 ) + ( Vk ) ]V0 + ∆Vk = 77,8 ìë, εk =100% = 58,5 %∆VfVf∗Vf = (133, 1 ± 58, 5) ìëÏîãðåøíîñòü îáúåìà ÒÌÍ:q∆Vf 2∆p3 2∆Vk 22222∆Vn = Vn [( ∆p2p2 ) + p3 ) + ( Vk ) + ( Vf ) ]V0 + ∆Vk + ∆Vf =n= 163,1 ìë, εn = ∆VVn ∗ 100% = 14,3 %Vf = (381, 0 ± 14, 3) ìëÏîãðåøíîñòü îáúåìà âñåé óñòàíîâêè:∆Vu =3.2p(∆Vk )2 + (∆Vf )2 + (∆Vn )2 = 206,1 ìë. εu = 16,6 %Vu = (1238, 9 ± 163, 1) ìë.Ýôôåêòèâíàÿ ñêîðîñòü îòêà÷êè ñèñòåìû ôîðâàêóóìíûì íàñîñîìÏîñòðîèì ãðàôèê çàâèñèìîñòè ln p îò t, âçÿâ äàííûå çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿâ êàìåðå Ê îò âðåìåíè îòêà÷êè íàñîñîì ÒÌÍ.
Îòòóäà ìû ìîæåì îïðåäåëèòüïîñòîÿííóþ îòêà÷êè τ .0P (t) = P1 ∗ exp −SV0 t ⇒ ln P (t) = ln P1 −SV0 t.y = ax + b; a = ln P1 , b = − VS0 , x = t.b=< xy > − < x >< y >< x2 > − < x >2(10)< xy >= 61, 28 ìë/ñ, < x >= 9,9 ñ, < y >= 7,13 ìë/c2 , < x2 >= 132,9 ñ,< x >2 = 98,01 c2Îòñþäà íàõîäèì çíà÷åíèå b è τ : b = −0, 27c−1 , τ =íàéòè çíà÷åíèå S0 :1−b= 3,7 ñ. Òåïåðü ìîæíîS0 = τ ∗ Vk = 334,5 ìë/ñÏîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ b:q<y 2 >−<y>22σb = √1N <x2 >−<x>2 − b = 0,036 ìë/ñ, εb = 3 %b = (−0, 270 ± 0, 036) ìë/ñ.Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ S0 :qk 2σS0 = σb2 + ( ∆VVk ) S0 =56,4 ìë/c, εS0 = 17%S0 = (334, 5 ± 56, 4) ìë/ñ.6Ðèñ. 4: Ãðàôèê çàâèñèìîñòè ln p îò t â ïåðâîì ñëó÷àåðàôèê çàâèñèìîñòèln p îò t â ïåðâîì ñëó÷àåÒåïåðü ìû ìîæåì îïðåäåëèòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü U :U=Sn ∗S0Sn −S0=1,41 ìë/ñ.Ïîãðåøíîñòü ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè:∆U =3.3∗ U = 0, 24 ìë/ñ, εU = 17%U = (1, 41 ± 0, 24) ìë/ñ.∆S0S0Ýôôåêòèâíàÿ ñêîðîñòü îòêà÷êè ñèñòåìû òóðáîìîëåêóëÿðíûì íàñîñîìÀíàëîãè÷íûé îáðàçîì ñ ïóíêòîì 2.2 íàõîäèì ïîñòîÿííóþ âðåìåíè îòêà÷êè(τ ) è ñêîðîñòü åå îòêà÷êè (S0 )τ = 17, 4 c, ∆τ = 0,87 c; S0 = 71, 1 ìë/ñ = 0,26 m3 /÷, ∆S0 = 0, 052 m3 /÷,εS0 = 5%.τ = (17, 40 ± 0, 87) c, S0 = (0, 270 ± 0, 052) m3 /÷Òåïåðü íàéäåì ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü U :U = 0, 66 m3 /÷, ∆U = 0, 13 m3 /÷, εU = 20%U = (0, 66 ± 0, 13) m3 /÷.7Ðèñ.
5: Ãðàôèê çàâèñèìîñòè ln p îò t âî âòîðîì ñëó÷àå3.4Óðîâåíü òå÷åé ïî óõóäøåíèþ âàêóóìà ïîñëå ïåðåêðûòèÿ îòêà÷êè íàñîñîì ÒÌÍ.Äëÿ íàõîæäåíèÿ íàòåêàíèÿ (Qn ) ïîñòðîèì ãðàôèê çàâèñèìîñòè P (t) îò tïîñëå ïåðåêðûòèÿ îòêà÷êè øèáåðîì ØÇ. Èç íèõ àíàëîãè÷íî ïóíêòàì 3.2 èn3.3 íàéäåì êîýôôèöåíò b, ðàâíûé QVk .QnVk3.5= 0, 0139 Ïà/ñ ⇒ Qn = 1 ∗ 10−5 Âò.Ðàñ÷åò ÷èñëà ÊíóäñåíàÄëÿ ðàñ÷åòà ÷èñëà Êíóäñåíà äëÿ êàìåðû âîñïîëüçóåìñÿ ôîðìóëîé:Kn =λKT≈√d2πR2 P (Vk )1/3(11)Ñîîòâåòñâåííî, äëÿ ôîðâàêóóìíîãî è òóðáîìîëåêóëÿðíîãî íàñîñîâ:Kn1 = 0, 03, Kn2 = 494ÂûâîäÌû èçó÷èëè ïîíÿòèå "âàêóóì"è ñîâðåìåííûå ìåòîäû åãî ïîëó÷åíèÿ, óçíàëèîá îòëè÷èÿõ ñïîñîáîâ îòêà÷êè, íàøëè õàðàêòåðèñòèêè äàííîé óñòàíîâêè ñïîìîùüþ ñèëüôîíà è îöåíèëè ÷èñëî Êíóäñåíà.8Ðèñ.
6: Ãðàôèê çàâèñèìîñòè p îò t â òðåòüåì ñëó÷àå9.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
