Похожие презентации:
Методы измерения вакуума
1. Методы измерения вакуума
Понятие «давление газа» для вакуумной техники утратило свой физическийсмысл, так как почти нет таких технологических процессов в вакууме, которые
определялись бы давлением газа, как усилие на единицу поверхности. Так уже при
давлении в сосуде 10-1 Па сила, с которой молекулы воздействуют на 1 см2 стенки
сосуда, пренебрежимо мала.
Наиболее важной характеристикой газовой среды в вакуумной технике
является плотность или молекулярная концентрация газа. Эта величина определяет
теплоперенос, сорбционно-десорбционные процессы, воздействие газа на элементы
электронных приборов и другие явления.
Однако традиционно состояние газа оценивается давлением. Между давлением
газа p и молекулярной концентрацией п существует связь:
p n k T
1
2.
Приборы для измерения давления газа ниже атмосферного называютсявакуумметрами.
В условиях высокого вакуума показания практически всех приборов,
применяемых для измерения давлений ниже 10-3 Па, пропорциональны не давлению,
а концентрации молекул газа.
По методу измерения вакуумметры могут быть разделены на абсолютные и
относительные.
Абсолютные вакуумметры измеряют непосредственно давление газа, т.е.
силу, действующую на единицу поверхности измерительного элемента.
Показания абсолютных приборов не зависят от рода газа. К вакуумметрам
прямого действия относятся жидкостные, компрессионные и
деформационные. Эти приборы перекрывают диапазон от 105 до 10 -2 Па.
Относительные вакуумметры измеряют не само давление, а используют
зависимость параметров некоторых физических процессов, протекающих в
вакууме, от давления. Они нуждаются в градуировке. Вакуумметры измеряют
общее давление газов, присутствующих в вакуумной системе.
2
3. Классификация вакуумметров
34.
По принципу действия вакуумметры можно свести в следующие классы:• жидкостные вакуумметры. Измеряют разность давлений на поверхность
жидкости в U-образной трубке. Диапазон измеряемых давлений 10 5-10 Па. В
настоящее время жидкостные вакуумметры практически не используются.
p pa Ж g h
p Ж g h
где pa – атмосферное давление, Па; pж – плотность рабочей жидкости, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2; h – разность уровней жидкости, м.
4
5.
компрессионные вакуумметры -разновидность жидкостных манометров, в которых,
с целью увеличения измеряемого диапазона, рабочей жидкостью вакуумметра
предварительно создается сжатие газа. Несмотря на то, что приборы неудобны в
повседневной работе, они иногда находят своё применение как образцовые
(калибровочные) вакуумметры. Диапазон измеряемых давлений – 10 3-10-2 Па.
деформационные вакуумметры, в которых измеряемое давление определяется по
деформации упругого чувствительного элемента. Диапазон измеряемых давлений –
10 5-102 Па.
5
6. Термопарный вакуумметр
Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависимоститеплопередачи через разреженный газ от давления.
Измерительное уравнение теплового
преобразователя можно записать так:
I Н2 R ( E И Е М )
p
К Т (Т Н Т б )
где KТ - коэффициент теплопроводности,
ТН и Тб – температуры нити и баллона,
Iн — ток, проходящий через нить;
R — сопротивление нити;
EИ, ЕМ- потери теплоты за счет излучения нити
и теплопроводности материала нити.
Схема термопарного вакуумметра
Данный вид вакуумметров позволяет измерять давления 105... 10 -1 Па.
6
7. Вакуумные датчики Пирани
Вакуумные датчики Пирани измеряют давление в диапазоне от атмосферногодо 10-2 Па. Они работают по принципу передачи тепла от катода, который
нагревается проходящим через него электрическим током, к окружающему
газу.
7
8. Электронные ионизационные преобразователи.
Принцип действия электронных преобразователей основан на ионизациигаза электронами и измерении ионного тока, по величине которого судят о
давлении.
Измерительное уравнение ионизационного
преобразователя можно записать так:
Ii
p
Ie K
где К – чувствительность
вакуумметра;
Ii – ионный ток;
Ie – электронный ток.
Ионизационный преобразователь измеряет в диапазоне давлений от
1 Па до 5*10 - 6 Па.
8
9. Магнитные электроразрядные преобразователи
Измерительное уравнение можно записать так:Ii
p
Ie K
Схема магниторазрядного
вакуумметра:
1- катоды; 2 - полый анод ( в виде петли,
рамки, цилиндра); 3 – постоянные
магниты
где К – чувствительность вакуумметра;
Ii – ионный ток;
Ie – электронный ток.
Данный вид вакуумметров позволяет измерять давления до 10-10 Па.
9
10.
Магнитные электроразрядные вакуумметрыMP7ER и MP7FR
Двойные инверсно-магнетронные активные датчики с холодным катодом
позволяют измерять широкий диапазон вакуума.
Датчик 7Е позволяет делать измерения в высоком вакууме 1 – 10-6 Па, а
датчик 7F в сверхвысоком вакууме – 1 – 10-9 Па.
10
11.
Вакуумметр абсолютного давления серии SmartlineTMВакуумметр предназначен для измерения давления до 5x10-7 Па.
Широкодиапазонный вакуумметр VSM72MV, включающий в себя два
датчика (низковакуумный датчик Пирани и высоковакуумный датчик с
холодным катодом) обеспечивает удобное, точное и стабильное измерение
вакуума в диапазоне от атмосферы до сверхглубокого вакуума.
11
12. Масс-спектрометрия
Главный недостаток вакуумметров – отсутствие информации о химическомсоставе газовой среды в камере.
Анализатор остаточных газов (масс-спектрометр).
Каждый спектрометр, независимо от конструкции состоит из трех независимых
элементов:
• источника, где образуется пучок ионов;
• анализатора, где ионы разделяются во времени и пространстве;
• детектора, где ионы, разделенные по массам в анализаторе, детектируются и
измеряются.
12
13.
Схема масс-спектрометра: 1 – ионный источник; 2,4 –щелевые диафрагмы; 3 – область однородных и
постоянных электрического и магнитного полей; 5 –
область однородного и постоянного магнитного поля
(силовые линии перпендикулярны плоскости
рисунка); 6 – траектории иона; 7 – детектор.
13
14. Масс-спектры остаточных газов
1415. Ловушки
Для защиты откачиваемого объема от паров рабочей жидкости используютсяспециальные устройства, называемые ловушками.
Ловушки представляют собой устройства, предназначенные для улавливания паров
или газов в целях предотвращения или уменьшения их проникновения из одной части
вакуумной системы в другую.
Ловушки должны:
•хорошо защищать откачиваемый сосуд от проникновения паров рабочей жидкости;
•препятствовать снижению быстроты действия насоса (не более чем на 30 %);
•иметь конструкцию, обеспечивающую легкий доступ к защитным элементам для их
периодической очистки;
•охлаждаемые ловушки должны обеспечивать малый расход хладагента.
В зависимости от рабочего давления различают:
1) высоковакуумные ловушки, предназначенные для улавливания паров масла из
диффузионных пароструйных вакуумных насосов;
2) форвакуумные ловушки – для улавливания паров масла из форвакуумных насосов.
15
16.
Форвакуумная ловушкаЛовушка эффективно защищает вакуумную систему от обратного потока паров масла,
который появляется при работе обычного механического насоса, использующего
масляную смазку в своей рабочей камере.
Сорбционная форвакуумная ловушка:
1 - корпус; 2 - входной фланец;3 - сорбент
16
17. Основные типы высоковакуумных ловушек
Наиболее эффективными являются вымораживающие ловушки, охлаждаемые жидкимазотом. Однако высокая стоимость и необходимость в постоянной подаче охлаждающего
вещества уменьшают все достоинства. Поэтому предпочтение следует отдавать
механическим и адсорбционным ловушкам.
17
18. Механические высоковакуумные ловушки
1819. Низкотемпературные охлаждаемые ловушки
Металлическая жалюзийная азотнаяловушка:
1 – корпус, 2 – медный хладопровод,
3 – защитные элементы, 4 – сосуд
Дьюара.
19
20. Адсорбционные ловушки
Сорбционная высоковакуумнаяловушка: 1 - корпус ловушки; 2 - сорбент
20