1、真空知識解析,制作： 鮑云峰,真空的基本概念,什么是真空呢？ 一句話，就是當(dāng)容器里的氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，即為真空現(xiàn)象。其標(biāo)準(zhǔn)的定義為： 在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下，當(dāng)一升容積的容器里的氣體分子數(shù)少于2.71022個時，就產(chǎn)生了真空現(xiàn)象。,Mean Free Path,平均自由程是指兩次碰撞之間一個分子平均所走的距離。 平均自由程的大小取決于氣體的溫度、壓力及分子的尺寸。,氣體流動的種類,氣體的流動條件會隨著壓力的減小而改變，氣體的流動種類分為三種：湍流、層流和分子流。,氣體流動圖示,粘性流動,粘性層流,分子流,常用真空單位：Torr, bar, Pa, atm（kgf/cm2）， psi(磅/平方英

2、寸)一個大氣壓 = 766 Torr = 1bar = 14.5psi = 105Pa,實(shí)現(xiàn)真空的方法 真空泵,依據(jù)可以實(shí)現(xiàn)真空的能力分為： 機(jī)械泵 分子泵 冷泵,各類泵的抽真空能力,粗真空,粗軸泵,羅茨鼓風(fēng)機(jī),中真空,高真空,超高真空,渦輪泵,低溫泵,機(jī)械泵（ Roughing Pump）,機(jī)械泵工作原理圖,排氣口,交叉,進(jìn)氣口,轉(zhuǎn)子1,葉片1,第一階段,第二階段,轉(zhuǎn)子2,葉片2,排氣閥,羅茨鼓風(fēng)機(jī)（roots blower）,為了減少抽氣時間、增加抽氣速率，通常會在機(jī)械泵的基礎(chǔ)上再加裝一臺羅茨鼓風(fēng)機(jī)，加裝羅茨鼓風(fēng)機(jī)后的泵組，可以將抽氣速率提升20%左右。,羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作原理圖,轉(zhuǎn)子,進(jìn)氣口

3、,內(nèi)壁,排氣口,分子泵 （turbomolecular pump）,分子泵工作原理圖,密封圈,進(jìn)氣口,固定片,轉(zhuǎn)子,電機(jī),電機(jī)軸,冷卻水通道,支持端口,水供應(yīng)/返回口,轉(zhuǎn)子,固定片,旋轉(zhuǎn)方向,流動方向,返擴(kuò)散,冷泵 (cryopump),冷泵構(gòu)造圖,TC計(jì),車載控制器,二級管連接器,置換劑,80K陣列,氦回港,氦自動入港口,再生氮,前級管道連接,輔助TC計(jì),電源連接器,減壓閥,進(jìn)氣口,冷頭,15K陣列,壓縮機(jī)構(gòu)造,油的視線玻璃（前面）,供水口,回水口,低溫泵開關(guān),低溫泵電源連接器,輸入電源連接器,充氦氣的擬合,手動充氣閥,氦返回壓力表,氦氣供應(yīng)端口,氦回港,供應(yīng)壓力安全閥,安全閥回座壓力,差示

4、壓力救濟(jì)閥,壓力切斷閥,電氣控制機(jī)箱,吸附器,冷泵工作原理,以氦氣作為制冷劑，即熱量載體。壓縮機(jī)將氦氣壓縮至200psi的高壓，高壓的氦氣在冷泵冷頭處膨脹吸熱，實(shí)現(xiàn)冷頭的降溫，冷頭的溫度最終降到10K（-263 C）左右來實(shí)現(xiàn)對氣體的吸附。吸熱膨脹后氦氣回到壓縮機(jī)中重新被壓縮，體積壓縮過程中釋放的熱量被冷卻循環(huán)水帶走。,冷泵的吸附可以分為三級來完成：,80 K array：一級冷凝面由鍍鎳銅制成，主要吸附水蒸汽、碳?xì)浠衔铩?15 K array(快速再生):二級冷凝面也是由鍍鎳銅制成，主要吸附N2, O2, Ar, CO2, and CO 。 最底層的活性炭主要吸附H2, He, and N

5、e 。,冷泵的再生,冷泵的冷頭經(jīng)過長時間的氣體吸附，吸附能力也會逐漸下降。 這個時候就需要對冷泵進(jìn)行再生。 再生的方式是用加熱的氮?dú)鈱浔脙?nèi)部進(jìn)行90分鐘的吹掃。冷頭上吸附的氣體在這個過程中會釋放從而被氮?dú)鈳ё?，?jīng)過充分的吹掃，冷頭恢復(fù)潔凈狀態(tài)。 再經(jīng)過壓縮的氦氣對冷頭的降溫，冷泵實(shí)現(xiàn)再生。,真空規(guī)的分類：,Capacitance manomenter Convectron gauge TC gauge Ion gauge,Capacitance manomenter,測量范圍：0.5mT-100mT。 靠隔膜和計(jì)數(shù)電極之間電容的變化來反應(yīng)壓力的變化。 010 VDC corresponds

6、to 0.5100 mTorr, 102.3mT表示滿量程。,Convectron gauge,測量范圍： 1mT-766T。壓力值的變化，分子活性變化，sensor filament的溫度就會隨之變化，燈絲阻值隨之變化，惠斯通電橋就會電壓失衡，輸入電壓隨之調(diào)節(jié)，電橋的電壓變化來反應(yīng)壓力值的變化。The analog voltage range is 010 VDC which corresponds to 1 mTorr -1000 Torr. At 760 Torr, the output voltage is about 8.79 VDC.,TC gauge,測量范圍： 1mT-1000T。 壓力值的變化，分子運(yùn)動活性會隨之變化，進(jìn)而導(dǎo)致燈絲的溫度的變化，熱偶的阻值也隨之變化，用TC阻值的變化來實(shí)現(xiàn)壓力測量。,Ion gaug