231a_v025 (810494), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Откачка осуществляется созданиемв полости диафрагмы области пониженного давления, за счет чего в неечерез впускной клапан поступает газ из откачиваемого объема илипредыдущей ступени откачки. При уменьшении объема полости газ уходит через выпускной клапан.122.3.1А Современные средства получения и измерения вакуума①а)②③④⑤б)⑥в)г)2-я ступень1-я ступень1 — гибкие диафрагмы, 2 — корпус, 3 — шатун,4 — коленвал, 5 — впускной и выпускной клапаныПоказаны четыре последовательные фазы работы (а−г)с положением мембраны, впускных и выпускных клапановРис. 4. Конструкция и принцип работыдвухступенчатого диафрагменного вакуумного насоса132.3.1А Современные средства получения и измерения вакуума− Преимущества: отсутствие материалов, загрязняющих рабочийобъем насоса и, как следствие, откачиваемый объем: масла, других смазочных веществ, трущихся механизмов; используется для предварительной (форвакуумной откачки) в системах безмасляной (т.н.
«сухой») откачки с особым требованием чистоты откачиваемого объема; используется до 4-х последовательных ступеней; низкий уровень шума.− Недостатки: низкая скорость откачки за счет ограниченной эластичности диафрагмы; низкий предельный вакуум за счет обратного потока воздуха через выпускные клапаны; ограниченность срока службысроком функционирования диафрагмы.− Тип вакуума: средний.3.2.
Турбомолекулярный насос①②③④⑥⑦⑤1 — ротор, 2 — статор, 3 — корпус насоса, 4 — электродвигатель, 5 — нижний шарикоподшипник, 6 — высоковакуумный входной фланец, 7 — выпускной форвакуумный фланецРис. 5. Конструкция турбомолекулярного насосаОткачка в турбомолекулярном насосе (рис. 5) осуществляется засчет соударения частиц газа с быстродвижущимися турбинными лопатками дисков ротора (1) специальной геометрии, которые придают им дополнительный импульс в заданном направлении потока.
Между дисками142.3.1А Современные средства получения и измерения вакуумаротора находятся диски статора (2) с обратно обращенными лопатками,направляющие поток молекул на следующие диски турбины по оптимальной траектории, минимизируя обратный поток (рис. 6). Каждая парапластин ротора-статора образует одну ступень. Насос состоит из нескольких ступеней расположенных последовательно, каждая последующая ступень имеет меньшие геометрические размеры, что при постоянном потокегаза приводит к постепенному повышению давления до выпускного форвакуумного.
Скорость вращения ротора современных турбомолекулярныхнасосов достигает нескольких десятков тысяч оборотов в минуту.Рис. 6. Принцип работы турбомолекулярного насоса− Преимущества: постоянная готовность к работе; быстрый запуск(~10 минут на раскручивание турбины); устойчивость к резкому повышению давления (вплоть до атмосферного); широкий диапазон рабочих давлений (10−7−10−1 Па); примерно одинаковая быстрота действия для большинства газов; используется как в системах «сухой» безмасляной откачкис особым требованием чистоты откачиваемого объема, так и с маслянымифорвакуумными насосами за счёт минимального обратного потока.− Недостатки: требуется надежная защита вращающейся турбиныот любых механических воздействий (пыли, абразивных частиц, вибраций, частых и резких перепадов давления и т.
п.), приводящих к износуподвески ротора и разрушению лопаток турбины.− Тип вакуума: высокий.4. Средства измерения вакуумаТип вакуумметров выбирается в зависимости от глубины вакуума, требуемого диапазона и рабочих условий (агрессивные среды, вибра152.3.1А Современные средства получения и измерения вакуумации, электромагнитные поля и т. п.). Основные типы вакуумметров, диапазоны давлений, при которых они используются, и принцип действияуказаны на рис. 7.
Остановимся подробнее на датчиках, использующихсяв данной лабораторной работе (2.3.1А).Зелёным отмечены вакуумметры, показания которых не зависят от типа газа,красным — показания зависят от типа газа.Выделены те типы, которые используются в лабораторных работах (№№ 2.3.1 [3], 2.3.1А,2.3.1Б)Рис.
7. Основные типы вакуумметров4.1. Терморезисторный вакуумметр (Пирани)Принцип действия тепловых манометров основан на зависимоститеплопроводности газа от давления. Чувствительным элементом терморезисторного датчика (рис. 8) является тонкая металлическая нить накала(вольфрам, платина), помещенная в атмосферу откачиваемого газа. Сопротивление нити зависит от её температуры. Нить включена в одноиз плеч мостовой схемы и разогрета до нескольких сотен градусов пропускаемым по ней током.
Джоулево тепло, выделяемое нитью, отводитсяв основномчерезгазовуюсредусо скоростью,зависящейот коэффициента теплопроводности. В зависимости от способа измерения162.3.1А Современные средства получения и измерения вакуумавакуумметр работает в режиме (а) поддержания постоянного сопротивления моста (а значит и температуры нити), (б) постоянного напряженияна клеммах А, С моста или (в) постоянного тока через мост.
Мост изначально сбалансирован при давлении много ниже рабочего диапазона (сопротивление RБ).RН — сопротивление нити накала; RБ —сопротивление балансировки; Vа — вольтметр дляизмерения напряжения на клеммах A, C в режиме (а); Aб — амперметр для измерения токаразбалансировки моста в режиме (б); Vв — вольтметр для измерения напряжения на клеммахB, D в режиме (в)Рис. 8.
Принципиальная схема терморезисторного вакуумметра (Пирани)В первом случае (а) напряжение на клеммах А, С моста автоматически подбирается так, чтобы мост всё время оставался сбалансированным при изменении давления и, тем самым, является мерой давленияв системе:~ 2 − 02 ,где 0 — напряжение на клеммах при начальной балансировке.Во втором случае (б) мерой давления служит ток разбалансировки моста, в третьем (в) — напряжение на клеммах B, D.В области низкого вакуума при ≫ коэффициент теплопроводности перестаёт зависеть от давления, а при давлениях менее 10−3 Торросновную роль в процессе теплоотвода начинает играть излучение. Обаэти фактора ограничивают применение данного типа датчиков областьюсреднего вакуума.− Преимущества: Практически неограниченный срок службыв неагрессивных средах за счёт низкой степени окисления нитипри низких температурах нагрева.
Способность выдержать прорыв атмосферы.− Недостатки: при давлениях более 1 мбар показания существеннозависят от типа газа (рис. 23); тепловая инерция — запаздывание показаний при резком изменении давления; необходимость перекалибровки дат172.3.1А Современные средства получения и измерения вакуумачика в связи с изменением сопротивления после длительного времениэксплуатации [5].− Тип вакуума: средний.4.2. Магнетронный вакуумметр (с холодным катодом)Измерительный объём магнетронного датчика (рис. 9) находитсямежду катодом и анодом, между которыми приложено напряжение(~2−6 кВ), а также помещен в постоянное магнитное поле (~0,2−2 кГс).Случайным образом возникшие вблизи катода электроны (например,вследствие автоэлектронной эмиссии 5) будут двигаться к аноду под действием скрещенных электромагнитных полей по удлиненной траектории.При этом повышается вероятность соударения электронов с молекуламиоткачиваемого газа и их ионизация.
Образовавшиеся ионы ускоряютсяв электрическом поле анодно-катодного промежутка и выбиваютиз материала катода вторичные электроны (вторичная электронная эмиссия), которые также ионизируют газ, двигаясь к аноду по сложной циклической траектории.В результате описанного процесса возникает электрический разряд, ток которого в достаточно широком диапазоне зависит от давления.На диапазон измеряемых давлений существенно влияет конструкция магнетронного датчика. В инверсно-магнетроном датчике анодом служитцентральный металлический стержень, а катодом — осесимметричнаяобечайка, магнитное поле создается внешним постоянным кольцевыммагнитом (рис. 9).Рис. 9.
Принципиальная схема инверсно-магнетронного вакуумметра и траектории электронов в них5Автоэлектронная эмиссия — испускание электронов проводящими твёрдыми и жидкимителами под действием внешнего электрического поля.182.3.1А Современные средства получения и измерения вакуума− Преимущества: Могут включаться в широком диапазоне давлений, т.к.
не содержат накаленных деталей и не боятся окисления. Устойчивы к прорыву атмосферы. Применяются в автоматизированных технологическихпроцессахвследствиепростотыэксплуатациии нечувствительности к внешним воздействиям.− Недостатки: Не желательно длительное использование в диапазоне среднего вакуума особенно в атмосфере аргона, т.к. это приводит краспылению материала катода потоком ионов, что, в свою очередь, можетстать причиной короткого замыкания и сбоев датчика. Не желательно использование в системах с масляным типом откачки, т.к. углеводороды современем образуют устойчивую пленку на поверхности катода, котораяискажает показания датчика.
Является источником магнитного поля, чтоможет влиять на работу других приборов.− Тип вакуума: высокий, сверхвысокий.5. Вакуумные материалы и компонентыВакуумные системы, используемые в промышленности, научныхисследованиях, лабораторных работах и т.п. обычно состоят из отдельныхузлов различной конструкции — вакуумных компонентов. К вакуумнымкомпонентам относятся все составляющие вакуумной установки, необходимые для монтажа вакуумных трубопроводов, например, фланцы,уплотнители, переходники, колена, тройники, крестовины, сильфоны,шланги, краны, затворы, сами вакуумные камеры, электрическиеи оптоволоконные вводы, диагностические окна, вводы движениеи вращения и т.д.Материалы для таких компонентов должны обладать рядом специальных требований — т. н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
