真空的獲得和測量2011-6-23何謂真空環(huán)境？為什么需要獲得真空環(huán)境？如何劃分真空的級別？如何獲得真空？如何測量真空度？目錄何謂真空環(huán)境？本指沒有任何實物粒子存在的空間，但什么都沒有的空間是不存在的。而假設你把一個空間的氣體都趕跑，會發(fā)現(xiàn)還是不時有基本粒子在真空中出現(xiàn)又消失，無中生有。物理上的真空實際上是一片不停波動的能量之海。當能量達到波峰，能量轉化為一對對正反基本粒子，當能量達到波谷，一對對正反基本粒子又相互湮滅，轉化為能量。工業(yè)上的真空指的是氣壓比一標準大氣壓小的氣體空間，是指稀薄的氣體狀態(tài)，

真空環(huán)境可粗略地分為：低真空>102Pa中真空102~10-1Pa高真空10-1~10-5Pa超高真空<10-5Pa如何劃分真空的級別？如何獲得真空？人們通常把能夠從密閉容器中排出氣體或使容器中的氣體分子數目不斷減少的設備稱為真空獲得設備或真空泵目前在真空技術中，采用各種不同的方法，已經能夠獲得和測量從大氣壓力105Pa到10-13Pa，寬達18個數量級的壓力范圍在真空獲得技術中，目前用以獲得真空的技術方法有兩種通過某此機構的運動把氣體直接從密閉容器中排出通過物理、化學等方法將氣體分子吸附或冷凝在低溫表面上。利用這兩種方法所制造的各種真空泵種類較多，分類方法各異，但是，最常用的方法還是按泵的工作原理或其結構特點加以分類變容真空泵是利用泵腔容積的周期性變化來完成吸氣和排氣過程的一種真空泵。氣體在排出前被壓縮動量傳輸泵這種泵是依靠高速旋轉的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸到出口氣體傳輸泵的分類

氣體捕集泵的分類：吸氣劑離子泵：它是使被電離的氣體通過電磁場或電場的作用吸附在有吸氣材料的表面上，以達到抽氣的目的低溫泵：利用低溫表面捕集氣體的真空泵吸附泵：它主要依靠具有大表面的吸附劑（如多孔物質）的物理吸附作用來抽氣的一種捕集式真空泵吸氣劑泵：它是一種利用吸氣劑以化學結合方式捕獲氣體的真空泵。吸氣劑通常是以塊狀或沉積新鮮薄膜形式存在的金屬或合金實際應用中常用到的真空泵有哪幾種？旋片式機械真空泵羅茨真空泵油擴散泵渦輪分子泵低溫吸附泵濺射離子泵氣體輸運泵氣體捕集泵旋片式機械真空泵特點：其工作壓強范圍為101325-1.33×10-2（Pa）屬于低真空泵。它可以單獨使用，也可以作為其它高真空泵或超高真空泵的前級泵。結構簡單，工作可靠由于它以油作為密封物質，因此它會造成油蒸氣的回流和對真空系統(tǒng)造成油的污染。羅茨真空泵工作原理：在泵腔內，有二個“8”字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉速運行。

油擴散泵工作原理：在前級真空泵所造成的低真空條件下，加熱泵內硅油，使受熱沸騰蒸發(fā)，生成蒸氣，以極高速度通過該泵的各級噴口的縫隙噴出，使容器內部的氣體分子擴散到蒸汽中被帶到前級真空泵所能作用的位置，由前級真空泵迅速抽出，使系統(tǒng)達到高真空的要求。由于泵內油蒸氣的回流會直接造成真空系統(tǒng)的油污染，因此在材料表面分析儀器和其他超高真空系統(tǒng)中一般不采用油擴散泵。其工作壓力范圍為1-10-6（Pa）不能直接與大氣相連，在使用油擴散泵之前需要采用各種形式的機械泵將系統(tǒng)預抽到1Pa左右。油擴散泵的特點：渦輪分子泵工作原理：靠對氣體分子施加作用力，并使氣體分子向特定的方向運用的原理來工作。渦輪分子泵的轉子葉片具有特定的形狀，在它以20000-30000r/min的高速旋轉時，葉片將動量傳給氣體分子。渦輪分子泵裝有很多級葉片，上一級葉片輸送過來的氣體分子又會受到下一級葉片的作用而被進一步壓縮至更下一級。

渦輪分子泵的特點：其對一般氣體分子的抽除極為有效。（例如對于氮氣，其壓縮比（即泵出口的壓力與入口的壓力之比）可以達到109。但是對于抽取原子序數氣體的能力較差，例如氫氣，其壓縮比僅為103左右。工作壓力范圍寬，在10-1

～10-8pa范圍內具有穩(wěn)定抽速起動時間短，能抽除各種氣體和蒸氣分子泵適用于在要求清潔的高真空和超高真空的儀器及設備上使用。也可用來作為離子泵、升華泵、低溫泵等氣體捕集超高真空泵的前級預抽真空泵使用，這將獲得更低的極限壓力或更清潔的無碳氫化合物的真空低溫吸附泵工作原理：依靠氣體分子會在低溫條件下自發(fā)凝結或被其他物質表面吸附的物理現(xiàn)象實現(xiàn)對于氣體分子的去除，進而獲得高真空的裝備低溫吸附泵的特點：其極限真空度一般處于10-1-10-8Pa之間低溫吸附泵工作所需要的預真空應達到10-1Pa以下，以減少吸附泵的負荷并在泵體內積聚過厚的氣體凝聚產物。在低溫時平衡蒸氣壓較高的氣體不容易用低溫吸附泵來去除（例如H2，He和Ne）除了上述幾種氣體外，低溫吸附泵對各種氣體的抽速均很大運轉成本較高濺射離子泵的特點：其極限真空度可以到10-8Pa左右濺射離子泵的抽速對于不同的氣體是不同的。對于活性較大的氣體種類，濺射離子泵具有較大的抽速。比如，濺射離子泵對于H2的抽速是其對O2、H2O蒸汽或N2的抽速的數倍，而它對于后面幾種氣體的抽速又遠遠大于其對Ar的抽速。濺射離子泵所抽除的氣體分子不會在高溫下再釋放出來。如何測量真空度？需要首先指出一點，即由儀器測量出的真空度與真空室的實際真空度之間可能會由于溫度不同而存在誤差。當測量點處溫度較高時，相應測出的氣體壓力也將偏高。相反，當測量點溫度偏低時，測量出的氣體壓力也將偏低。在氣體壓力較高，氣體的流動狀態(tài)接近或達到黏滯流狀態(tài)的情況下，上述溫度差別造成的測量誤差將趨近于零。這時，任何氣體壓力差都將由于氣體的迅速擴散和流動而趨于消失。熱偶真空規(guī)工作原理：在熱偶真空規(guī)中，在作為熱絲的Pt絲中通過恒定強度的電流。在達到熱平衡以后，電流提供的加熱功率與通過空間熱輻射、金屬絲熱傳導以及氣體分子熱傳導而損失的功率相等，因而熱絲的溫度將隨著真空度的不同而呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。在0.1-100Pa的壓力范圍內，氣體的熱導率將隨著氣體壓力的增加而上升，因而熱絲的溫度會隨著氣體壓力的上升而降低。這時，用熱電偶的方法測出熱絲本身的溫度，也就相應測出的環(huán)境的壓力。熱偶真空規(guī)不能用于較低或較高真空度的測量。在氣體壓力高于100Pa的情況下，氣體的熱導率將不再隨氣體壓力而顯著變化。這時，用熱絲溫度測量氣體壓力方法的靈敏程度將迅速下降。當氣體壓力低于0.1Pa以后，由于氣體分子傳導走的熱量的總加熱功率中的比例過小，測量的靈敏度也將呈下降趨勢。皮拉尼規(guī)有稱為熱阻式真空規(guī)，其工作原理與熱偶真空規(guī)相似，皮拉尼規(guī)以電橋的方式，通過測量熱絲的電阻隨溫度的變化來實現(xiàn)對真空度的測量。經常與熱偶真空規(guī)結合使用的高真空規(guī)稱為電離真空規(guī)，它是在高真空范圍內最常使用的測量工具。皮拉尼規(guī)由熱陰極發(fā)射出的電子將在飛向陽極的過程中碰撞氣體分子，并使后者發(fā)生電離。由離子收集極接收電離的離子，并根據離子電流強度的大小就可以測量出環(huán)境的真空度。由于離子電流強度的大小將取決于陰極發(fā)射的電子電流強度、氣體分子的碰撞截面以及氣體分子的密度等三個因素，因而在固定陰極發(fā)射電流和固定氣體種類的情況下，離子電流強度將直接取決于電離氣體的壓力。電離真空規(guī)電離真空規(guī)可檢測的壓力下限受陰極發(fā)射的高能光子在離子收集極上產生的光電效應所限制。這種效應產生的光電流相當于10-7Pa的真空度下的離子電流。薄膜式真空規(guī)是一種依靠金屬薄膜在氣體壓力差作用下產生機械位移，從而可用于氣體絕對壓力測量，測量結果與氣體種類無關的真空規(guī)。薄