真空获得与测量实验报告

真空获得与测量
(实验报告)
【摘要】
真空是指低于大气压力的气体的给定空间。

本文就真空的获得与真空的测量展开讨论，探究这两种技术的基本原理和方法，并对有关设备仪器的使用方法和构造机理进行简要的介绍和分析。

通过对本实验的操作，使我们对电子衍射仪有了初步的认识，为电子衍射实验打好基础。

【关键词】
机械泵、油扩散泵、电离真空计、电偶真空计、真空度。

【引言】
真空是指低于大气压力的气体的给定空间，即每立方厘米空间中气体分子数大约少于两千五百亿亿个的给定空间。

真空是相对于大气压来说的，并非空间没有物质存在。

用现代抽气方法获得的最低压力，每立方厘米的空间里仍然会有数百个分子存在。

气体稀薄程度是对真空的一种客观量度，最直接的物理量度是单位体积中的气体分子数。

气体分子密度越小，气体压力越低，真空就越高。

但由于历史原因，量度真空通常都用压力表示。

在真空实用技术中，真空的获得和测量是两个最重要的方面，在一个真空系统中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。

目前常用的真空获得设备主要有旋片式机械真空泵、油扩散泵、涡轮分子泵、
低温泵等。

真空测量仪器主要有U型真空计、热传导真空计、电离真空计等。

随着电子技术和计算机技术的发展，各种真空获得设备向高抽速、高极限真空、无污染方向发展。

各种真空测量设备与微型计算机相结合，具有数字显示、数据打印、自动监控和自动切换量程等功能。

【正文】
真空的获得需要许多器材的配合使用，譬如：真空泵，真空计等。

首先，我们必须对这些器材的内部机理和使用方法做初步的了解，否则盲目地操作会导致仪器的损坏和实验的失败。

（一）真空泵包括机械泵和油扩散泵。

实验室中采用的是旋片式机械泵，其工作原理比较简单。

油扩散泵的工作原理和操作注意事项比较复杂。

（1）油扩散泵的一侧有两个水孔，供冷却水流进流出之用。

在实验过程中，冷却水流量的选择非常重要。

冷却水打开的时间一般在油扩散泵开启之前，因为油扩散泵的加热时间需要四十分钟，所以开始时冷却水的流量可以选择小些，这样可以达到节约水的目的。

随着加热的进行，冷却水会逐渐升温，此时，我们就要加大水量，否则温度过高会对油扩散泵产生不良的影响。

（2）油扩散泵的上侧开有进气口，其通过谍阀与真空室相连，因此，我们可以清楚的看到，油扩散泵所抽的真空是对真空室进行的。

（3）油扩散泵的另一侧是排气口，被抽取的空气通过排气口排向储气瓶，而储气瓶中的空气是通过机械泵排到大气中去的。

因此，真空的获得就是通过油扩散泵从真空室中
抽取空气，排到储气瓶，机械泵再从储气瓶中抽气，最后在真空室中获得高真空。

（4）油扩散泵底部有加热装置，其对泵底部的油进行加热，使其变成油蒸气。

油蒸气经导管高速喷出，把由进气口扩散来的气体往下撞。

它们的混合体在往下运动碰到一个倒形漏斗的装置后，改变运动方向后撞上低温的泵壁。

油气被冷凝，重新变成油，返回蒸发器，并释放出夹带的气体，这些气体就被压到了储气瓶。

在使用油扩散泵时，有许多的注意事项和前提条件：第一，在开油扩散泵之前，必须确定冷却水已经接通，并且在实验过程中，必须时刻保持警惕，确保每个时刻冷却水都畅通无阻并保持一定的流量。

第二，油扩散泵的工作基础是6.7帕，因此，在没有确保初真空的基础上，不可以打开油扩散泵工作。

第三，油扩散泵在使用结束后，冷却水不能马上关闭，应该再通二十分钟以上的冷却水，使扩散泵内部冷却到室温。

（二）在本实验中，真空计包括两个热偶真空计和一个电离真空计。

热偶真空计的工作原理是利用气体分子的热传导性质，通过热电偶产生的电动势来测量真空度。

真空计上端开口处与真空室或储气瓶相连，外电路给加热丝通电。

热电偶的一个结点与加热丝连接，因此，可以确保将加热丝的温度传递到热电偶。

加热丝温度的高低与真空度有关，再反映到热电偶产生的电动势上，这样就实现了真空度的测定。

电离真空计的工作原理这里从略。

更为重要的是两种真空计的使用注意事项：（1）在实验刚开始阶段，机械泵对储气瓶和真空室分别抽气，此时，不能够打开电离真空
计，因为其工作的基础是1
10 帕。

所以，我们可以使用电偶真空计对两个地方的真空度进行测定，每隔五秒记下数据，了解机械泵的抽气情况。

（3）电离真空计由于其基础真空度的要求，在实验中的使用就要非常小心，归结起来有三方面：在打开前要确保真空度符合要求；使用时要高度警惕，预先做出判断，抢先关闭，以免烧坏；关闭时要首先关真空计，不能先关高真空蝶阀。

(4)点偶真空计的表盘读数不均匀，因此在记录实验数据时，可以选择上排读数作为标准进行读数，实验结束后再进行换算。

再介绍了实验中所用的各器材的内部机理和使用注意事项后，我们对本实验的实验过程有了完整的计划：（1）打开机械泵对储气瓶进行抽气，观测储气瓶上的那个电偶真空计的读数，每隔五秒计数一次，直到表盘读数不再变化为止。

（2）拉出三通阀，机械泵对真空室进行抽气，观测真空室上的那个电偶真空计的读数，每隔五秒计数一次，直到表盘读数不再变化为止。

（3）先打开冷却水开关，再对油扩散泵进行预热。

在加热过程中，每隔一定时间就要打转换开关，观测两个真空计的读数，结合三通阀的拉进拉出，确保真空室和储气瓶的真空度都保持在初真空以上，以满足油扩散泵的工作条件。

在此过程中，还要观察冷却水的情况，根据水温调节水流量，并确保水流的畅通。

（4）再过了四十分钟左右，油扩散已经达到正常工作状态。

此时推进三通阀，堵塞机械泵与真空室的连接，再打开高真空蝶阀，观测电偶真空计上读数的变化。

（5）当电偶真空计上的读数显示真空室中的真空度大于0.1帕以后，再打开电离真空计的开关，每隔五秒记录一
次电离真空计的读数，直到达到饱和真空度为止。

（6）实验结束首先关闭电离真空计，其次关闭高真空蝶阀，再次关闭油扩散泵，最后关闭电偶真空计，冷却水要再等二十多分钟后再关。

机械泵对储气瓶的抽气情况省略。

我们记录了机械泵对真空室的抽气情况，结果如附表所示。

电离真空计的读数变化情况也如附表所示。

机械泵对真空室的抽气情况
2
4
68
10
12
050100150
200250300
时间/s 压强/P
a
油扩散泵抽气情况
0.005
0.01
0.015
0.020.025
0.03
0.035
010*******
400500600700时间/s 压强/P
a。