1、1 第五章 真空技術(shù)25.1 概述真空：真空：低于大氣壓力的氣體狀態(tài)。單位：低于大氣壓力的氣體狀態(tài)。單位：PaPa低真空：低真空：1010-1-1-10-103 3PaPa；高真空：高真空：1010-6-6-10-10-1-1PaPa；超高真空：超高真空：低于低于1010-6-6PaPa。真空技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)展了一系列的冶金新工藝，提高了產(chǎn)真空技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)展了一系列的冶金新工藝，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時，出現(xiàn)了大量真空冶金物理化學(xué)問題待冶金品質(zhì)量，同時，出現(xiàn)了大量真空冶金物理化學(xué)問題待冶金工作者去研究。工作者去研究。在現(xiàn)代分析測試技術(shù)中也需要真空技術(shù)的配合。在現(xiàn)代分析測試技術(shù)中也需要真空技術(shù)的配合

2、。mmHg105 . 7atm1026869. 9Pa1373真空在冶金中的應(yīng)用：真空在冶金中的應(yīng)用： 1 1） 過濾；過濾； 2 2） 保存易腐物質(zhì)；保存易腐物質(zhì)； 3 3） 熔點、沸點下降，有利于干燥、提純、分離；熔點、沸點下降，有利于干燥、提純、分離； 4 4） 傳熱速度下降，有利于隔熱；傳熱速度下降，有利于隔熱； 5 5） 電絕緣性良好；電絕緣性良好； 6 6） 分子碰撞機(jī)會少，可制作加速器；分子碰撞機(jī)會少，可制作加速器； 7 7） 固體對氣體吸附少，有利于物料的表面分析。固體對氣體吸附少，有利于物料的表面分析。45.2 5.2 真空獲得真空獲得抽真空抽真空：獲得真空的過程，也叫排氣。

3、獲得真空的過程，也叫排氣。5.2.1 5.2.1 真空泵簡介真空泵簡介 真空泵真空泵：獲得真空的設(shè)備。：獲得真空的設(shè)備。 前級泵前級泵：能使氣壓從一大氣壓開始變小的真空泵；出：能使氣壓從一大氣壓開始變小的真空泵；出口壓力口壓力1atm1atm 次級泵次級泵：只能從較低的氣壓抽到更低的氣壓的真空泵；：只能從較低的氣壓抽到更低的氣壓的真空泵；出口壓力出口壓力1atm6.021023205.3 5.3 真空的測量真空的測量 測量真空的儀器叫真空計，也稱真空規(guī)。測量真空的儀器叫真空計，也稱真空規(guī)。 1 1、直接測量直接測量壓力的麥克勞真空計，是一種壓力的麥克勞真空計，是一種絕對絕對真空計真空計，工作原

4、理是氣體方程，可用來校正其它真空，工作原理是氣體方程，可用來校正其它真空計。絕對真空計測量時操作復(fù)雜，不能連續(xù)讀數(shù)，測計。絕對真空計測量時操作復(fù)雜，不能連續(xù)讀數(shù)，測試工作緩慢。試工作緩慢。 2 2、利用與壓強(qiáng)有關(guān)的物理量的變化來、利用與壓強(qiáng)有關(guān)的物理量的變化來間接測量間接測量真空的真空的相對真空計相對真空計，這一類真空計能連續(xù)快速測量，這一類真空計能連續(xù)快速測量，但準(zhǔn)確度較低。這類儀器能做到數(shù)量級準(zhǔn)確就可以了。但準(zhǔn)確度較低。這類儀器能做到數(shù)量級準(zhǔn)確就可以了。 常用的相對真空計有熱電阻真空計、熱偶真空計、常用的相對真空計有熱電阻真空計、熱偶真空計、熱陰極電離真空計等。熱陰極電離真空計等。21兩種

5、測量方式的比較：兩種測量方式的比較： 汞柱：汞柱：10105 510102 2PaPa 液柱液柱 油柱：油柱：10104 41 Pa1 Pa直接測量直接測量 麥?zhǔn)弦?guī)：麥?zhǔn)弦?guī)：10105 51010-3-3 彈性元件：彈性元件：10105 510104 4Pa Pa 電容：電容：1010-1-11010-3-3 熱導(dǎo)式熱導(dǎo)式 電阻：電阻：10102 21010-1-1間接測量間接測量 電偶：電偶：1010-4-41010-1-1 電離式電離式 1010-1-11010-6-6 其它其它 1010-6-6以上以上225.3.1 5.3.1 熱電阻真空計熱電阻真空計1 1）構(gòu)造：）構(gòu)造：如圖所示如圖

6、所示 232 2）工作原理：）工作原理：當(dāng)氣體壓強(qiáng)較高時，氣體導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)無關(guān)，當(dāng)氣體壓強(qiáng)較高時，氣體導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)無關(guān)，當(dāng)氣體壓強(qiáng)較低時，氣體當(dāng)氣體壓強(qiáng)較低時，氣體導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)有關(guān)導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)有關(guān)。熱電阻真空計通過測量與溫度有關(guān)的物理量熱電阻真空計通過測量與溫度有關(guān)的物理量( (電阻電阻) )的變化來測量真空。的變化來測量真空。 r r1 1: :具有高的溫度系數(shù)；具有高的溫度系數(shù)；r r2 2: :具有低的溫度系數(shù)；具有低的溫度系數(shù)； r r3 3=r=r4 4，固定電阻。，固定電阻。 隨抽真空的進(jìn)行，壓強(qiáng)降到足夠低時，因氣隨抽真空的進(jìn)行，壓強(qiáng)降到足夠低時，因氣體濃度降低，與熱絲碰撞

7、的氣體分子減少，氣體體濃度降低，與熱絲碰撞的氣體分子減少，氣體分子帶走的熱量減少，但加熱電流不變，故熱絲分子帶走的熱量減少，但加熱電流不變，故熱絲的溫度隨真空度的上升而上升的溫度隨真空度的上升而上升, ,電阻發(fā)生變化。電阻發(fā)生變化。 電阻電阻 真空度真空度 關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。 測量范圍：測量范圍：10102 21010-1-1PaPa，高、低真空不能測。，高、低真空不能測。 用補(bǔ)償管代替用補(bǔ)償管代替r r2 2減少室溫的影響。減少室溫的影響。24255.3.2 5.3.2 熱偶真空計熱偶真空計 熱偶真空計的原理與熱電阻真空計類似，只是熱偶真空計測量的是溫度的變化，如圖5-8。26 測量端實際

8、上是一個熱電偶，測量熱絲溫度的測量端實際上是一個熱電偶，測量熱絲溫度的變化。測量時維持熱絲加熱電流不變，當(dāng)熱絲處在真變化。測量時維持熱絲加熱電流不變，當(dāng)熱絲處在真空中時，隨真空度上升，熱絲溫度上升，熱電偶的輸空中時，隨真空度上升，熱絲溫度上升，熱電偶的輸出電勢增大，熱電勢的大小間接的反映了真空度的高出電勢增大，熱電勢的大小間接的反映了真空度的高低。低。熱偶與熱電阻兩種真空計的優(yōu)缺點：熱偶與熱電阻兩種真空計的優(yōu)缺點： 優(yōu)點優(yōu)點：能連續(xù)讀數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可：能連續(xù)讀數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可遠(yuǎn)距離測量。系統(tǒng)突然漏氣時真空計不會損壞。遠(yuǎn)距離測量。系統(tǒng)突然漏氣時真空計不會損壞。 缺點缺點：讀數(shù)

9、與氣體種類有關(guān)，刻度曲線不能通：讀數(shù)與氣體種類有關(guān)，刻度曲線不能通用；有熱慣性；外界溫度對測量結(jié)果有影響；熱絲表用；有熱慣性；外界溫度對測量結(jié)果有影響；熱絲表面情況對測量也有影響。面情況對測量也有影響。275.3.3 5.3.3 熱陰極電離真空計熱陰極電離真空計 281 1） 工作原理：電子通過稀薄氣體時可使氣體電離，在一工作原理：電子通過稀薄氣體時可使氣體電離，在一定溫度下，氣壓低于定溫度下，氣壓低于1010-1-1PaPa時，電離產(chǎn)生的正離子電流與時，電離產(chǎn)生的正離子電流與電子電流的比值正比于氣體壓強(qiáng)：電子電流的比值正比于氣體壓強(qiáng)： P P I I+ +/I/I- - I I+ +：正離子

10、電流，：正離子電流， I I- -：電子電流：電子電流 如果定義壓強(qiáng)為如果定義壓強(qiáng)為10102 2PaPa，電子電流為，電子電流為1mA1mA時的離子電時的離子電流流K K為電離真空計的靈敏度，則可得：為電離真空計的靈敏度，則可得： P PII+ +/KI/KI- -=I=I+ +/C/C（I-I-保持恒定時）保持恒定時）C C稱為電離真空計的常數(shù)，取決于真空計的結(jié)構(gòu)、連接線路、稱為電離真空計的常數(shù)，取決于真空計的結(jié)構(gòu)、連接線路、電子電流的大小以及兩極的電位，也取決于殘余氣體的電子電流的大小以及兩極的電位，也取決于殘余氣體的種類。種類。292 2）電離真空計的刻度和測量范圍）電離真空計的刻度和

11、測量范圍 電離真空計的刻度也是與絕對真空計相比較而得出電離真空計的刻度也是與絕對真空計相比較而得出的，除高壓段和低壓段外，在的，除高壓段和低壓段外，在1010-1 -1 1010-6-6PaPa之間，其刻度之間，其刻度曲線是一條很好的直線，因而熱陰極真空計的測量范圍曲線是一條很好的直線，因而熱陰極真空計的測量范圍在在1010-1 -1 1010-6-6PaPa。不同氣體的刻度曲線是不一樣的。通常，。不同氣體的刻度曲線是不一樣的。通常，熱陰極電離真空計的刻度曲線是對空氣作出的。熱陰極電離真空計的刻度曲線是對空氣作出的。如圖如圖: :303 3）優(yōu)缺點）優(yōu)缺點 優(yōu)點：可連續(xù)讀數(shù)、可遠(yuǎn)距離測量、體積

12、小、慣優(yōu)點：可連續(xù)讀數(shù)、可遠(yuǎn)距離測量、體積小、慣性?。豢捎糜谥谱鞒哒婵沼?；性??；可用于制作超高真空計； 缺點：易損壞、正離子吸附可影響測量、玻璃與缺點：易損壞、正離子吸附可影響測量、玻璃與電極間的放氣影響測量。電極間的放氣影響測量。31復(fù)合真空計復(fù)合真空計325.4 5.4 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)5.4.1 5.4.1 真空材料真空材料 金屬管道金屬管道 1 1）結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料 玻璃管道玻璃管道 橡膠管道橡膠管道 2 2）密封材料密封材料：真空封油、真空封蠟、真空封泥、真：真空封油、真空封蠟、真空封泥、真空漆、環(huán)氧樹脂?？掌?、環(huán)氧樹脂。 當(dāng)然，以上介紹的密封材料都是半永久性的。當(dāng)然，以上介紹的密

13、封材料都是半永久性的。 永久性：焊接永久性：焊接 靜密封：靜密封： 半永久性：封蠟、膠半永久性：封蠟、膠密封密封 可拆性：法蘭、螺紋、磨口可拆性：法蘭、螺紋、磨口 動密封：活塞、密封圈動密封：活塞、密封圈335.4.2 5.4.2 常用附件常用附件真空活塞真空活塞：有金屬的，也有玻璃的；連接與開關(guān)：有金屬的，也有玻璃的；連接與開關(guān)真空閥門真空閥門：同活塞：同活塞冷阱：冷阱： 可使某些氣體在冷阱中被捕捉從而進(jìn)一步提可使某些氣體在冷阱中被捕捉從而進(jìn)一步提高真空度或?qū)δ承怏w進(jìn)行分離。高真空度或?qū)δ承怏w進(jìn)行分離。5.4.3 5.4.3 真空清潔真空清潔 1 1）橡膠制件的清潔：）橡膠制件的清潔：氫

14、氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液； 2 2）玻璃零件的清潔：）玻璃零件的清潔：洗液洗液； 5 5）金屬制品的清潔：）金屬制品的清潔：有機(jī)溶劑去油有機(jī)溶劑去油。345.4.4 5.4.4 真空系統(tǒng)抽氣的幾個術(shù)語真空系統(tǒng)抽氣的幾個術(shù)語（1) 1) 氣流量氣流量Q Q式中式中 V V氣體體積，氣體體積，m m3 3 p p壓力，壓力，PaPa t t時間，時間，s s（2) 2) 真空管路的流導(dǎo)真空管路的流導(dǎo)C C式中式中 Q Q氣流量，氣流量， Pa.mPa.m3 3/s/s p p2 2， p p1 1管道兩端的壓力。管道兩端的壓力。（3)3)抽氣速率抽氣速率()dpVQdt21QCppQSp355.5

15、5.5 真空檢漏真空檢漏檢漏即尋找真空系統(tǒng)的漏點和漏氣的原因；檢漏即尋找真空系統(tǒng)的漏點和漏氣的原因； 工具工具：常用火花探測器（真空槍）。：常用火花探測器（真空槍）。 首先首先，作靜態(tài)實驗檢查系統(tǒng)是否漏氣；如后圖，作靜態(tài)實驗檢查系統(tǒng)是否漏氣；如后圖! ! 其次其次，如漏氣，借助檢漏工具檢查易漏氣的地方，如漏氣，借助檢漏工具檢查易漏氣的地方，通常是連接處和密封處及管道中的砂眼。通常是連接處和密封處及管道中的砂眼。 最后最后，找到漏氣點，排除故障。，找到漏氣點，排除故障。36 靜態(tài)實驗A 系統(tǒng)正常B 泵可能有問題C 系統(tǒng)不清潔D 系統(tǒng)漏氣 根據(jù)檢漏情況采取相應(yīng)措施。37作業(yè)作業(yè)1 1、什么叫極限真空度？、什么叫極限真空度？2 2、抽真空有四種基本方法，機(jī)械泵用的是什么方法？、抽真空有四種基本方法，機(jī)械泵用的是什么方法？擴(kuò)散泵用的是什么方法？擴(kuò)散泵用的是什么方法？3 3、從工作特點來說，機(jī)械泵屬于什么泵（