231b_v025 (810495), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Водно-масляная эмульсия очень быстро ухудшает смазывающие свойства масла, что приводит к износу трущихся деталей и поломке насоса.132.3.1Б Современные средства получения и измерения вакуума3.2. Турбомолекулярный насос①②③④⑥⑦⑤1 — ротор, 2 — статор, 3 — корпус насоса, 4 — электродвигатель, 5 — нижний шарикоподшипник, 6 — высоковакуумный входной фланец, 7 — выпускной форвакуумный фланецРис.
5. Конструкция турбомолекулярного насосаРис. 6. Принцип работы турбомолекулярного насосаОткачка в турбомолекулярном насосе (рис. 5) осуществляется засчет соударения частиц газа с быстродвижущимися турбинными лопатками дисков ротора (1) специальной геометрии, которые придают им до142.3.1Б Современные средства получения и измерения вакуумаполнительный импульс в заданном направлении потока.
Между дискамиротора 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.− 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, вибрации, 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).4.1. 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 про152.3.1Б Современные средства получения и измерения вакуумапускаемым по ней током. Джоулево тепло, выделяемое нитью, отводитсяв основномчерезгазовуюсредусо скоростью,зависящейот коэффициента теплопроводности.
В зависимости от способа измерениявакуумметр 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).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 вакуумметровВ 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.162.3.1Б Современные средства получения и измерения вакуумаВо втором случае (б) мерой давления служит ток разбалансировки моста, в третьем (в) — напряжение на клеммах B, D.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 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 датчика 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).172.3.1Б Современные средства получения и измерения вакуумаСлучайным образом возникшие вблизи катода электроны (например,вследствие автоэлектронной эмиссии 7) 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 них− 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 приводитАвтоэлектронная эмиссия — испускание электронов проводящими твёрдыми и жидкимителами под действием внешнего электрического поля.7182.3.1Б Современные средства получения и измерения вакуумак распылению материала катода потоком ионов, что, в свою очередь, может стать причиной короткого замыкания и сбоев датчика.
Не желательноиспользование в системах с масляным типом откачки, т.к. углеводородысо временем образуют устойчивую пленку на поверхности катода, котораяискажает показания датчика. Является источником магнитного поля, чтоможет влиять на работу других приборов.− Тип вакуума: высокий, сверхвысокий.4.3. Термоэлектронный вакуумметр (с накалённым катодом)Катодом термоэлектронного вакуумметра является накаливаемаянить (1) (рис.
10). Эмитируемые накаленным катодом электроныпод действием ускоряющего электрического поля устремляютсяпо направлению к аноду (2), создавая в его цепи (5) электронный ток.Анод, как правило, выполнен в виде спирали или сетки с большим шагом,поэтому значительная часть электронов проходит между витками анодаи тормозится полем коллектора 3, имеющего по отношению к катоду отрицательный потенциал. Не дойдя до коллектора ионов, электроны останавливаются и начинают движение обратно к аноду-сетке. Снова значительная часть электронов проходит между витками анода и тормозитсяуже полем катода. Каждый электрон может сделать несколько таких колебаний, прежде чем попасть на сетку.1 — катод, 2 — коллектор, 3 — анод, 4 — цепь регулировки тока накала, 5 — цепь анода, 6— цепь коллектора, A1 — амперметр для измерения электронного тока, A2 — амперметр дляизмерения ионного токаРис.
10. Принципиальная схема термоэлектронного вакуумметраВремени жизни электронов в откачиваемом объеме достаточно,чтобы ионизировать значительную часть находящегося в датчике газа.Ионы притягиваются полем коллектора, рекомбинируют на его поверхности, создавая в цепи коллектора 6 ионный ток. Ионный ток в цепи коллектора пропорционален плотности газа и служит мерой давления.192.3.1Б Современные средства получения и измерения вакуума− Преимущества: применимость для измерения давлений всех газови паров.− Недостатки: зависимость показаний от рода газов; необходимостьобезгаживания для устранения искажения показаний, недопустимостьработы выше заданного диапазона давлений и прорыва атмосферы привключенном катоде (накаленная спираль быстро окисляется и перегорает).− Тип вакуума: высокий.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
