Розанов Вакуумная техника 1990 (1248470), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Натекатель 3 предназначен для регулирова- 174 Я ~~н Г + хн (8.7) ГДЕ 1/ — проводимость вакуумной системы от насоса до отКачивае- мого объекта; 5 — быстрота откачки насоса. 175 5 Измерения удобно проводить в молекулярном режиме, когда проводимость с) зависит только от ро- Х б да газа и температуры, но не вар висит от давления, Нестабильно5о стью быстроты откачки насоса мож- но пренебречь, если 5,»1); тогда 7 Р из (8.7) 5ожь). Так как5о=д))/с(1, то, согласно (8,2), величина газо- О вого потока 11=Р5о (8.8) а) г Метод постоянного объема.
Для о ределения газового потока методом постоянного объема можно непостоянного объема: пользовать схему на рис. 8.3, а. В а — ввкуумнвя схема; б — кривые ЭТОМ СЛуиаЕ НаСОС 1 И КЛанаи 2 НС- пользуются в качестве вспомогательной вакуумной системы для получения вакуума в объеме 3. В процессе измерения клапан 2 закрывается. Газ из баллона б через натекатель 4, поступающий в объем 3, вызывает увеличение давления р. Если поток газа постоянен, то происходит линейное повышение давления (кривая 2 на рис. 8.3, б).
По скорости повышения давления определяют газовый поток: (8.9) В момент прекращения откачки вакуумной камеры (1=0) в ней возникает газовыделение адсорбнрованных газов, приводящее к нелинейному повышению давления (кривая 3 на рис. 8.3, б). Суммарное изменение давления происходит согласно кривой 1 (рис. 8.3, б). Для надежного измерения потока методом постоянного объема газовыделеиие должно быть мало по сравнению с измеряемым газовым потоком. Этого можно достичь длительной предварительной откачкой вакуумной камеры. Метод постоянного объема можно использовать для определения производительности и быстроты действия вакуумных насосов.
Насос 1 (рис. 8.4) непосредственно подключается к откачиваемому объекту 2. По кривой откачки (рис. 8.5, а) определяется в каждый момент времени 1; значение рг и по 18 гр — значение( — 1. l бР т (,бт г Если выполняется условие )т»5,, то производительность насоса в каждый момент времени можно рассчитать по формуле (8,9).
Быстрота откачки насоса 5н,= — ' (рис. 8.5, 6). Р) 176 а,5 ))о 5о Ро Рт Рн г, г Ре Р а) б) Р и с. 8.4, Схема определении Р и с. 8 б. Экспериментальное определение пропроизводительных вакуумных изводительности вакуумных насосов: насосов методом постоянного о — иринея отквчкн; б — зввнснмости быстроты отквч. объема «н 51!) н производительности взкуумиото насоса ат давления но входе р Йр) Косвенные методы определения газовых потоков. Методы измерения газовых потоков, точность которых может быть обеспечена только после предварительной градунровки, называются косвенными.
Чувствительность по потоку приборов для косвенных измерений КО = а/с1, (8,10) где а — показания прибора в делениях самой чувствительной шкалы; 11 — газовый поток, определенный абсолютным методом. В процессе градуировки определяется диапазон потоков, в котором сохраняется линейность градуировочной характеристики.
Проверка градуировки в процессе эксплуатации осуществляется с помощью калиброванных течей, одна из конструкций которых показана на рис. 8.6. Она представляет собой стеклянный баллон 1, заполненный гелием при давлении 10' Па. В баллон впаяна через переход 2 кварцевая трубка 3. Гелий днффундирует сквозь плавленый кварц. Для потоков 10 '.„10-' м'Па/с проверка течей может производиться один раз в год.
Примером косвенного метода измерения газовых потоков является тепловой метод. Теплопередача в области низкого вакуума при вынужденной конвекции за- ) г висит от скорости течения газа, а температура нагретой нити следовательно, от потока газа. В а связи с тем что точный расчет зависимости между температурой и газовым потоком выполнить сложно, градунруют тепловой 5 потокомер по абсолютному при- рис. 8,6. Конструкпня иалибровочбору. ноя течи 177 й 8.2. Методы течеискания При изготовлении вакуумных систем из-за пор или трещин в материалах возможно появление течей. Из-за малых размеров дефектов, вызывающих течи, визуально обнаружить их практически невозможно.
Для определения места течей разработаны следующие методы течеискания: а) пробного газа; б) высокочастотного разряда; в) люминесцентный; г) радионзотопный; д) пузырьковый. Метод пробного газа получил наиболее широкое распространение. После получения вакуума в испытуемом объекте место, проверяемое на наличие течи, обдувается пробным газом, который вместо воздуха начинает поступать в этот объект. Изменение состава остаточных газов в вакуумной системе можно зарегистрировать с помощью вакуумметра, показании которого зависят от рода газа, или масс-спектрометра, настроенного на пробный газ Для предотвращения повышения давления проверяемый объект должен находиться под непрерывной откачкой.
Схема испытания показана на рнс. 8.7. Источник пробного газа 7 осуществляет локальный обдув внешней поверхности испытуемого объекта 4. В вакуумируемом объекте с негерметичной оболочкой разность показаний вакуумметра при изменении давления воздуха и пробного газа где Яз и Я, — потоки воздуха и пробного газа; 5, и 5п — эффективные быстроты откачки насоса в вакуумируемом объекте по воздуху и пробному газу; К, и Кп — чувствительность измерителя давления по Р мз воздУхУ и пРобномУ газУ; Я вЂ” относительная чувствительность измерителя давления к пробному газу.
I Для получения максимального сигнала необходимо так выбирать пробный газ, чтобы произведение )т(Язеп) (5з/ 5п) максимально возможно отличалось от единицы. Отношение потока пробного газа Яп еаз к потоку воздуха Я, можно записать в «бансрпрс~ и СЛЕдуЮщЕМ ВИДЕ: (8.12) а7з аРп отз Рис. 8.7. Схема вакуумных испытаний методом пробного газа ! — птуп; а — мзпаметр; а — та зае.елнззтор, е — псеыттемыа объект; б — затвор; б — насос где У, и ӄ— проводимость течи по воздуху и пробному газу; Лр. и аров 178 перепад давления при испытаниях по воздуху и пробному газу. ри молекулярном режиме течения газа отношение (8.12) можно реобразовать к виду 'мн аРп и 7п ™» ~ат Е, аР.
9' Гп йб„ (8.13) где Яф — фоновый поток пробного газа. При выборе пробного га- за, содержание которого в атмосферном воздухе мало, можно счи- тать Яфжб. Значение Ьа при этом много больше, чем в случае применения вакуумметра. 179 где Т, и Тп — температуры воздуха и пробного газа; М, и М,— молекулярные массы воздуха и пробного газа. При использовании ионизацнонного манометра для определе. ния герметичности вакуумной системы, откачиваемой пароструй. ным насосом, замещение воздуха на аргон или гелий вызывает 80% увеличения, а в случае диоксида углерода — 80% уменьшения показаний манометра. Основным пробным газом, применяе. мым при теченскании, является гелий, Благодари химической инертности он безопасен в работе, малая молекулярная масса обеспечивает его хорошее проникновение через течи, а низкая адсорбируемость позволяет уменьшить постоянную времени испытаний.
Электрической компенсацией показаний вакуумметра при измерении давления воздуха до его замещения пробным газом можно повысить чувствительность измерения газового потока. В этом случае фоновый сигнал определяется лишь стабильностью источ. ников питания. Существенное снижение фонового сигнала можно обеспечить в манометре, отделенном от вакуумной системы селективной мембраной, пропускающей только пробный газ. Например, палладиевая мембрана, нагретая до 700... 800'С, хорошо пропускает водород, оставаясь непроницаемой для всех остальных газов. Чувствительность по потоку в этом случае определяется остаточным давлением газов в объеме манометрического преобразователя. Для того чтобы соотношение 5,/5, в формуле (8.11) сильнее отличалось от единицы, нужно использовать насосы, быстрота откачки которых зависит от рода газа. Например, адсорбционный насос, охлаждаемый жидким азотом, значительно хуже откачивает гелий, неон и водород, чем воздух.
При использовании газоанализатора для регистрации пробного газа фоновый сигнал определяется парциальным давлением пробного газа в воздухе и разность показаний: 0п-0ф па= 'т п~п Для индикации появления пробного газа в вакуумной системе используют специальные датчики, чувствительные к выбранному пробному газу. Например, в диоде, анод которого выполнен из платины, нагретой до температуры 800...900'С, при появлении галогенов возникает электрический ток эмиттируемый анодом положительных ионов. Высокочастотный разряд в среднем вакууме изменяет цвет в зависимости от рода газа.
Если в вакуумную систему вмонтирована стеклянная разрядная трубка, то замена воздуха на пары бензина или ацетона меняет цвет разряда в трубке с розового на серый. Пробные вещества, способные путем захвата электронов из газового разряда образовывать отрицательные ионы, используются в вакуумных электронно-захватных датчиках. К таким веществам относятся хладон и элегаз. Электроны и отрицательные ионы разделяются по различному отклонению в постоянном магнитном поле. При использовании метода пробного газа необходимо учитывать инерционность испытаний. Время, в течение которого достигается установившийся сигнал, в 5...6 раз больше постоянной времени откачки т=У/Я„ где 1' — объем вакуумной системы.
Возможности применения этого метода ограничены малыми натека. пнями, так как для нормальной работы вакуумметров и газоанализаторов требуется наличие в проверяемом объекте высокого вакуума. Точность нахождения места течи при обдуве пробным газом невысока. Для уточнения места расположения течи проверяемую поверхность покрывают легкоудаляемой вакуумной замазкой (вакуумпласт, тушь и т. д.), которая в момент прекращения проникновения пробного газа фиксирует место течи. Таким путем течь может быть локализована с точностью до нескольких миллиметров.
Определение негерметичности вакуумных объектов методом пробного газа можно проводить также при повышенном давлении внутри объекта. В этом случае щуп с устройством для всасывания смеси и пробного газа снабжается электронно-захватным, газоаналитическим или галогенным датчиком пробного газа. В электронно-захватных атмосферных датчиках ток газоразрядного диода, работающего в газе-носителе, например аргоне, снижается при появлении пробного газа за счет рекомбинации положительных ионов газа-носителя и отрицательных ионов пробного газа. Газоаналитические датчики используют разность коэффициентов теплопроводности воздуха и пробного газа.
Чувствительность испытаний при высоких давлениях обычно ниже, чем при вакуумных испытаниях. Вместо пробных газов иногда пользуются пробными жидкостя. ми: спиртом, эфиром, бензином, ацетоном и т. д. Большая инер. 180 ционность испытаний, связанная с временем проникновения жидкости через тонкие капилляры, является существенным недостатком применения пробных жидкостей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
