Лабораторная работа 1.4 (Отчеты по лабораторным работам (2009))

Молекулярный практикум. 2009 год.Знакомство с методами получения и измерения вакуумаОтчёт по лабораторной работе № 1.4Москалёв Александр СергеевичФизический факультет. Группа 831.2……Цель всей работыИзучение элементов вакуумной техники, принципов получения и измерения вакуума. Приобретениеопыта работы с вакуумной установкой.Задание1. Цель. Изучить основные принципы работы вакуумной техники. Получить вакуум в лабораторных условиях. Снять показания приборов в течении процесса2. Произвести анализ полученных данных и вычислить быстроту откачки объёма, быстродействие насоса, а также установить проводимость съёмного элемента вакуумопровода опытнымпутём и произвести сравнение с аналитической зависимостью.2.

Идея метода измерения. Путём последовательной откачки рабочего объёма сначала форвакуумным, а позже, диффузионными насосами получить вакуум порядка 10−5 . Снять показания приборов и для различных съёмных элементов вакуумопровода опытным путём определить проводимость. Определить быстроту откачки рабочего объёма можно исходя из скорости изменения давленияв нём. Быстрота диффузионного насоса может быть определена, если известны утечки, а также изменение давления в объёме. Зная перепад давлений и поток газа из объёма можно определить проводимость вакуумопровода.Рис.

1. Принципиальная схема вакуумнойустановки. М1, М3 – термопарные манометрические преобразователи (термопарные лампы);М2 и М4 – ионизационные манометрическиепреобразователи; К1, К3 и К4 – вентили; К2 –поворотный затвор.3. Методика измерений. Предварительно была произведена откачка диффузионного насоса форвакуумным, чтобы добиться давлений, при которых нагревмасла в нём был безопасным. После откачки рабочегообъёма до давления порядка 10−2 был подключен диффузионный насос, который позволил увеличить разряжение до ~ 5 ∙ 10−5 . Данные, получаемые с термопарных ламп и ионизационных преобразователей, фиксировались самописцем.

После проведения эксперимента они были оцифрованы и пересчитаны сначала в показаниях реальных приборов - милливольтметров и микроамперметров, а потом в значения давлений. Притом, для перевода показаний милливольтметра в давление пришлось применить несложный алгоритм, позволяющий по графику заданной зависимости давления от напряжения установитьвзаимооднозначное соответствие между показаниемприбора и искомым давлением.

На рисунке 1 приведена схема действующей установки.4. Результаты. После обработки данных были получены следующие результаты.При закрытом кране К4 (полностью закрытом рабочем объёме) поток газа в рабочий объём составил величину порядка 0,5 − 0,8 литра в секунду.Оценка быстроты откачки рабочего объёма диффузионным насосом дала величину 3,6 − 3,9 литра всекунду.Предельное давление диффузионного насоса было определено после его отключения от рабочегообъёма. При этом можно пренебречь газовыделением и утечками в оставшейся части, а по показаниям М4 определить максимальное разрежение.

Оно составило величину порядка 2,1 ∙ 10−4 . НатеКафедра общей физики. Физический факультет НГУ.1Молекулярный практикум. 2009 год.кание плюс газовыделение в системе составило приблизительно 1,2 литра. Стоит заметить, что измерение этой величины было затруднено.

На диаграмме это хорошо видно.Поскольку проводилось две откачки рабочего объёма, то анализ быстроты действия диффузионного насоса был произведен дважды. В среднем быстрота действия составила 1,9 ∙ 102 литров в секунду. Проводимость, напротив, показала большую изменчивость и составила в случае прямого соединения 4,5 ∙ 102 литров в секунду, а при использовании вакуумопровода ( = 0,2 м; ∅ = 0,04 м) 36литров в секунду. Поскольку с сопротивлением вакуумопроводов можно обходиться по законамобычного сопротивления в электродинамике, то переводя экспериментальные проводимости системыс вакуумопроводом и без него, представляется возможным вычислить проводимость его одного.5. Погрешности измерений. При измерении давления термопарной лампой необходимо конвертировать показания милливольтметра в давления, пользуясь соответствующей таблицей перевода.

Какможно заметить, на краях производная графика принимает достаточно большие по модулю значения(рис. 2), что существенно занижает точность определения давления. В расчетах были отброшеныкрайние 4 значения, чтобы не вызывать внесения излишней погрешности в результаты.6. Обсуждение результатов. В работе предлагается сравнить полученную проводимость вакуумопровода с теоретически предсказываемой. Найдем теоретическую.Рассматривая давление в рабочем объёме можно прийти к выводу, что число Кнудсена изменяетсяот ~1 до 80, что много больше, чем 1/3, а значит процессы течения газа – свободномолекулярные.Тогда применяем формулу для молекулярного течения газа и получаем проводимость порядка 39литров в секунду.

( = 0,2 м; ∅ = 0,04 м). Это вполне сходится с экспериментальными данными.7. Выводы. Проведено ознакомление с основами вакуумной техники. Получен вакуум порядка10−5 . Экспериментальным путем установлена проводимость трубки с известным диаметром идлиной.8. Литература в отчёте1. Методическое пособие к лабораторным работам. Лабораторная работа 1.4. Знакомство сметодами получения и измерения вакуума.

НГУ, 2006.Кафедра общей физики. Физический факультет НГУ.2Молекулярный практикум. 2009 год.ПРИЛОЖЕНИЕ 1Компьютерный метод сопоставления показаний милливольтметра с таблицей переводаИзвестно, что зависимость давленияв рабочей камере от напряжения, измеряемого вольтметром, имеет вид, приведенный на рисунке 2.Перевод множества значений исходных данных вручную зачастую приводит к ошибкам и отнимает много времени.

Для автоматизации процесса былразработан нижеприведенный код. Он,используя файл точек Scale.txt, описывающий основные точки графика, изданных, помещенных в файле Data.txtполучает результат, помещаемый в Result.txt.Программа на Delphi/Pascal, кодкнопки:Рис. 2. Градуировочная кривая лампы типа ЛТ-2procedureTForm1.Button1Click(Sender:TObject);Var F, F1 : TextFile; Arr : Array[1..255]of TDt; n : Byte;mv : Real;Function GetP(mV : Real) : Real;Var current, b : Byte; chi : real;Beginchi := 1000;b := 1;for current := 1 to n doif chi > abs(Arr[current].mv - mV) thenbeginchi := abs(Arr[current].mv - mV);b := current;end;Result := Arr[b].p;if (Arr[b].mv > mV) And (b <> 1) thenbeginResult := (Arr[b].p - Arr[b - 1].p) *(mV - Arr[b - 1].mv)/(Arr[b].mv - Arr[b 1].mv) + Arr[b - 1].p;end;if Arr[b].mv < mV thenbeginResult := (Arr[b + 1].p - Arr[b].p) *(mV - Arr[b].mv)/(Arr[b + 1].mv - Arr[b].mv) +Arr[b].p;end;End;beginAssignFile(F, 'Scale.txt');ReSet(F);n := 0;while Not EOF(F) doBeginn := n + 1;Read(F, Arr[n].mv);Read(F, Arr[n].p);End;CloseFile(F);while Not EOF(F) doBeginRead(F, mv);WriteLn(F1, GetP(mv):1:4);End;CloseFile(F1);CloseFile(F)end;AssignFile(F, 'Data.txt');ReSet(F);AssignFile(F1, 'Result.txt');ReWrite(F1);Кафедра общей физики.

Физический факультет НГУ.3.