7-1 真空获得与测量实验
7-1 真空获得与测量实验
7-1 真空的获得与测量实验引言真空技术已成为先进的科学技术之一，被广泛应用于工业生产、科学研究的各个领域。
它与电子管真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学等有着紧密地联系。
真空技术的主要环节和基础是真空的获得，真空的测量及真空检漏等，通过本实验我们将对这些实验的方法和手段进行初步的学习和了解。
实验预习1． 学习旋片式机械真空泵、油扩散泵的工作原理；2． 了解真空的获得与测量实验系统及实验注意事项。
实验目的1．通过低真空的获得，学习使用旋片式机械真空泵和测量低真空的热偶计。
掌握测量容器的体积比。
2．通过高真空的获得，学习使用油扩散真空泵和测量高真空的电离真空计。
3．了解玻璃管和金属在高真空中的放气现象和去气方法。
4．通过制作放电管，掌握对放电管充气方法，观察放电管放电现象，并计算最佳放电时放电管内的气压差。
4．测量氦（或氖）放电管光谱，并进行光谱分析（选做）。
实验装置一、真空系统该实验装置由被抽真空的容器，旋片式机械真空泵和油扩散真空泵，测量真空度的热电偶真空计、电离真空计，不锈波纹钢管道和真空阀门所连成的一个整体系统称为真空系统。
系统结构如图7-1-1所示。
TG 1、TG 2——热偶真空规管， IG ——电离真空规管；A 、B 、C ——真空容器；1V ——油扩散泵蝶阀，2V 、3V 、4V 、6V 、8V 、9V 、10V 、11V ——角阀，5V ——针形阀， 7V ——电磁真空压差阀，12V ——三通阀，13V 、14V ——两级压力调节器；H ——加热炉，C T ——加热炉温度计扩散泵 机械泵差压传感器I 差压传感器II加热炉充气瓶放电管 充气连接管通大气图7-1-1 真空获得与测量实验系统结构图1．低真空系统。
该部分实验利用理想气体波义耳定律测量容器A 和容器B 的容积比。
低真空通过旋片机械泵获取，连接在机械泵上的电磁阀在接通电源时将抽气口与被抽系统接通，停泵时，割断泵与被抽系统的连接，而与大气相通，防止机械泵返油。
真空的获得和测量
4.测量P－t关系曲线并求粗真空下的机械泵的 抽速。
5．观察真空中木块与羽毛的落体现象。
五、思 考 题
1.放大气入系统时,放气要缓慢,为什么?
2.热偶真空计的原理是什么？
真空的获得和测量
实验简介
目前真空技术的应用已十分广泛，光学、 微电子学、电子计算机、超导等方面需要 用真空镀膜；医药工业和电气工业需要真 空冷冻干燥；化工冶金、焊接、热处理等 也要真空技术；在原子能、可控热核反应、 电子显微技术、质量分析仪、表面物理方 面真空技术也是必不可少；真空技术已成 为物理学的基本手段和必备的知识。
一、实验目的
1．学习高真空的获得与测量方法。 2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
二、实验仪器
1. 真空装置 2. 机器泵
机器泵
3.真空计
真空计
三、实验原理
1．真空的获得 获得真空用真空泵。真空泵按工作条件的 不同分为两类：能够在大气压下工作的真 空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生 预备真空，需要在预备条件下才能工作的 真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵 用来进一步提高真空度，获得高真空。
2．真空的测量
真空计是测量真空系统中气体压强的仪器， 种类很多，这里介绍的复合真空计是常见 的一种，复合真空计是由温差电偶真空计 与热阴极电离真空计组合而成。
四、实验内容
1.开ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ仪器后，仪器显示真空度。
2.实验用的真空系统原已保持一定真空真,开 动机械泵（接通马达电源）前,应缓慢地将 大气放入系统。 3.开动机械泵后，启动计时秒表，每隔30秒 记录一个压强值。
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量实验报告真空获得与测量实验报告引言：真空技术在科学研究、工业生产和医学诊断等领域具有重要的应用价值。
为了获得高质量的真空环境，科学家们进行了一系列的实验研究。
本实验旨在探究真空获得的方法和真空度的测量。
一、真空获得的方法1.机械泵机械泵是最常用的真空获得装置之一。
它通过机械运动将气体从容器中抽出，从而降低压力。
机械泵适用于中低真空范围，操作简便，但不能获得高真空。
2.扩散泵扩散泵是一种能够获得高真空的装置。
它通过将气体分子扩散到高速运动的喷嘴上，再通过冷凝或吸附的方式将气体排出。
扩散泵在高真空实验中具有广泛应用，但需要较长的预抽时间。
3.离心泵离心泵是一种利用离心力将气体从容器中排出的装置。
它适用于高真空获得，具有较高的抽速和较短的预抽时间。
离心泵广泛应用于科学研究和工业生产领域。
二、真空度的测量1.毛细流量法毛细流量法是一种常用的真空度测量方法。
它利用毛细管中气体流动的特性来测量真空度。
通过测量气体经过毛细管的流量和压差，可以计算出真空度的大小。
2.热导法热导法是一种基于热传导原理的真空度测量方法。
它利用热传导的速率与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加热一个导热体，测量导热体的温升和导热速率，可以计算出真空度的数值。
3.离子化法离子化法是一种基于气体分子电离的真空度测量方法。
它利用电离电流与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加入一个电离器，测量电离电流的大小，可以计算出真空度的大小。
结论：通过本次实验，我们了解了真空获得的方法和真空度的测量方法。
机械泵、扩散泵和离心泵是常用的真空获得装置，分别适用于不同的真空范围。
毛细流量法、热导法和离子化法是常用的真空度测量方法，各有优缺点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的真空获得装置和真空度测量方法，以获得高质量的真空环境。
参考文献：[1] 朱玉涛, 梁军. 真空技术与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2011.[2] 陈伟, 张磊. 真空技术实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2019.[3] 李明, 王丽. 真空度测量方法的比较与分析[J]. 仪器仪表学报, 2018, 39(4): 1-8.。
真空获得与测量实验一、实验目的本实验的目的是利用真空获得与
真空获得与测量实验一、实验目的本实验的目的是利用真空获得与测量系统研究高真空的获得过程及该系统真空度随时间的变化率。
二、 实验仪器真空室、机械泵、分子泵、分子泵控制电源、热偶规、电离规、冷水机。
三、实验原理3.1 真空的基本知识1)真空及其单位所谓真空是指低于一个大气压的气体空间。
同正常的大气相比，是比较稀薄的气体状态。
当气体处于平衡时，可得到描述气体性质的气体状态方程，即 nkT p = （3-1） 或RT Mm pV =（3-2） 式中，p 为压强(Pa)；n 是气体分子密度(个／m 3)，V 为体积(m 3)；M 为气体分子量(kg/mol)；m 是气体质量(kg)；T 是绝对温度(K)；k 是玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)；R 为气体普适常数(8.314J ／mol ．K)，也可用R ＝N A ．k 来表示，N A 是阿伏伽德罗常数(6.023×1023个／mol)。
于是，由式(3—1)可得Tp n 22102.7⨯= (3-3) 由式(3—3)可知，在标准状态下．任何气体分子的密度约为3×1019个／cm 3。
即使在p=1.3×10-11Pa 这样很高的真空度时，T=293K ，则n ＝4×103个／cm 3。
因此，所谓真空是相对的，绝对的真空是不存在的。
通常所说的真空是—种“相对真空”。
在真空技术中对于真空度的高低，可以用多个参量来度量，最常用的有“真空度”和“压强”。
此外，也可用气体分子密度、气体分子的平均自由程、形成一个分子层所需的时间等来表示。
“真空度”和“压强”是两个概念，不能混淆．压强越低意味着单位体积中气体分子数愈少，真空度愈高，反之真空度越低则压强就越高。
由于真空度与压强有关，所以真空的度量单位是用压强来表示。
在真空技术中，压强所采用的法定计量单位是帕斯卡(Pascal)，系千克米秒制单位，简称帕(Pa)，是目前国际上推荐使用的国际单位制( SI)。
7.1真空实验
实验名称：实验7.1真空实验班级：信息0503 实验日期：2007.5.24姓名：宋江凌学号：40550070 同组人姓名：【目的要求】：1.学习真空和真空测量技术的基础知识，熟悉真空系统的结构和操作规程；2.掌握低真空的获得和测量技术【实验原理】：1.真空的基本知识和真空的获得（1）真空是指低于一个大气压的气体状态。
（2）获得真空的主要设备是真空泵。
（3）真空泵有两个主要参数：极限真空和抽气速率，获得低真空的常用方法是采用机械泵.真空泵又分为以下三类1）机械泵2）扩散泵3）钛泵，分子泵等2.真空度的测量测量真空度的装置称为真空计。
常用的有：热电偶和电离真空计（1）热电偶真空计由热电偶规管和电测装置组成。
电流流经的电阻丝发热，电阻丝的温度在一定压强范围内随管内气体的压强而改变。
压强高时，导热性好，温度低；压强低时，导热性差，温度高。
电阻丝的温度决定了热电偶的电动势，通过测热电偶的热电动势可间接测量管内压强。
热电偶真空计的测量范围为100～0.1PA，通常用于低真空的测量（2）电离真空计由电离规管和电测部分组成。
灯丝通电后发射的电子被栅级加速，穿过栅极后又减速，最后返回栅极。
电子与气体的碰撞并使其电离，气体分子产生的正离子被负电压的收集极吸收，形成离子电流。
在发射电流不变的情况下，离子电流与气体电压成正比，因此测出离子电流就可得到真空度的大小了。
3.真空检漏常用方法是用火花仪。
由气体放电原理可知遇到有漏孔时，火花相对与尖端的微移位置不发生变化，且火花明亮。
【仪器】：玻璃真空容器，热电偶规管，热电偶真空计，U形计，真空机械泵及控制开关，活塞等【实验内容】：1.低真空的获得与测量实验装置如图所示（1）熟悉抽真空的操作程序和注意事项（2）掌握真空计的使用（3）测量抽真空时间－真空度关系曲线，充分了解反映机械泵性能的两个主要指标2.实验步骤（1）完成预习思考题（2）预先调好热电偶真空计。
选择开关置“加热”，加热电流至130mA，再将选择开关拨回到“测量”（3）开机械泵前，打开活塞2将大气放入系统，然后关闭活塞1使得系统封闭（4）开机械泵抽真空，记录数据的同时，抓紧时间用火花仪观察辉光放电现象。
催化科学实验
催化科学实验实验一孔性物质吸附等温线的测定一．实验目的1．掌握真空吸附重量法测定吸附等温线的实验技术。
2．了解真空体系的获得，以及测量体系真空度的方法。
二．实验原理气体或蒸汽分子同具有洁净表面的孔性物质接触，有部分气体或蒸汽分子会附着或结合在孔性物质的表面，使得气固二相界面上气体分子的浓度富集，对定量气体而言，在定容条件下可观察到气体压力的降低，而在定压条件下，便有体积的缩小，这种现象通常称为吸附。
被吸附的气体称为吸附物或吸附质，吸附气体分子的固体称为吸附剂。
吸附质分子与吸附剂表面的相互作用力的性质不同，可把吸附作用分为两类，一类是物理作用力，即分子间范德瓦尔力引起的，称为物理吸附，它和蒸汽的凝聚很相似，不论在任何同类或不同类分子间都存在，所以吸附作用是非选择性的，而且往往是多层吸附。
另一类是吸附质被吸附后，吸附分子预期表面形成化学键，称为化学吸附，它类似于化学反应，因此只能在特定的吸附质与吸附剂之间进行，故具有选择性，且是单分子层吸附。
在指定的温度和压力下，吸附平衡时，吸附剂吸附气体(或蒸汽)的量与吸附剂的结构、化学组成以及吸附质分子的化学、物理性质都有关系，对于给定的吸附剂与吸附质体系，吸附平衡时，单位重量吸附剂对吸附质的吸附量w，则是吸附温度T、吸附质的压力P的函数:w=f (T·p)若吸附温度保持不变，则吸附量只是与吸附质的压力有关，随着p的增大，w值增加，当w不再随着p的增加而增加时，该吸附量称为饱和吸附量。
这种关系曲线称为吸附等温线。
由于孔性物质对吸附质具有吸附性能，我们可以使用不同大小的吸附质分子作为“码尺分子”来测定晶体物质的孔径大小（对无定形固体，由于其孔径大小不一，只能测其孔径分布），根据晶体物质对各种“码尺分子”是否吸附来确定其孔径范围，可从被具有最大直径的吸附质分子来判断晶体物质的孔径大小。
在测定吸附量时，首先要对吸附剂表面进行处理，也就是要应用真空技术不断地抽空，同时加热样品以获得洁净的表面。
真空的获得与测量
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：近代物理实验实验项目：真空的获得与测量学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业指导教师：葛茂茂实验时间： 2007年 12月 23 日 8 时 30 分至12时 30 分实验地点：物理馆实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一．实验目的1．学习高真空的获得与测量方法。
2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
二．实验原理真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
1．高真空的获得获得真空用真空泵。
真空泵按工作条件的不同分为两类：能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生预备真空，需要在预备条件下才能工作的真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵用来进一步提高真空度，获得高真空。
（1）机器泵一般采用油封转片式机器泵，在圆柱形气缸（定子）内有偏心圆柱作为转子，当转子绕轴转动时，其最上部与气缸内表面紧密接触，沿转子的直径装有两个滑动片（简称滑片），其间装有弹簧，使滑动片在转子转动时与气缸内表面紧密接触，当转子沿箭头所指方向转动时，就可以把被抽容器内的气体由进气管吸入而经过排气孔，排气阀排出机械泵。
为了减少转动摩擦和防止漏气，排气阀及其下部的机械泵内部的空腔部分用密封油密封。
机械泵用的密封油是一种矿物油，要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当的粘度，机器泵的极限真空度一般在10－2～10－4mmHg，抽气速率一般为每分钟数十升到数百升。
（2）扩散泵一般多采用油扩散泵，扩散泵是高真空泵，当机器泵的极限真空度不能满足要求时，通常加扩散泵来获得高真空。
这种泵不能从通常气压下开始工作，只能在低于1Pa气压下才能工作。
因此，必须与初级泵串联使用。
油扩散泵使用的工作液体有许多种，目前广泛使用的是274号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－7Pa）和275号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－8Pa）。
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量一、实验目的1．掌握高真空的获得和测量的基本原理及方法；2．了解真空玻璃系统的结构；熟悉真空泵、真空计的原理二、实验仪器DH2010型多功能真空实验仪（机械泵、扩散泵、真空腔、真空计、各类计量工具）三、实验内容1.使用抽真空设备，获得高真空环境；2.使用真空计进行真空测量；3.利用有限条件估算真空泵的抽气速率。
四、实验步骤因为涉及到使用较大功率的电源，多种真空泵的组合使用，以及高温加热装置，因此在操作设备进行放电实验前，需要教师指导相关的安全须知。
在实验中，操作应要严格按照以下步骤进行：左侧为油扩散泵和真空腔体，右侧为真空系统操作和真空检测复合控制面板。
1.检查仪器的冷却水，气路是否连接正确；2.关闭真空腔的泄气阀；3.打开冷却水系统，打开真空系统总电源，打开真空计电源；4.将工作状态拨键调节至“机械泵”,打开机械泵，对真空腔进行抽气；5.观察真空计(热偶规)示数达到稳定，即机械泵工作效率达到极限，先将工作状态拨键调节至“扩散泵”,在将扩散泵同真空腔之间的阀门打开；6.扩散泵接入至真空系统内，机械泵持续工作，对扩散泵的空间进行抽气；7.观察真空计(热偶规)示数再次达到稳定，将工作状态拨键调节至“扩散泵工作”,按加热键；8.检查加热炉是否正常工作，确认正常后将加热炉缓慢上升接近扩散泵；9.加热炉加热扩散泵，观察真空计(电离规)示数，并记录真空计的示数变化，每10S记录一个值，直至真空计示数不再变化；10.完成数据记录后，关闭真空计(电离规)电源，再按加热键，停止加热，并将加热炉缓慢下降，将工作状态拨键调节至“扩散泵”;11.关闭扩散泵同真空腔之间的阀门后，将工作状态拨键调节至“机械泵”;12.待腔体彻底冷却后，关闭总电源，关闭冷却水系统；13.记录真空腔体的体积，并根据所记录的数据，对扩散泵的抽气速率进行计算。
实验必须由指导教师在的情况下进行，确保实验过程安全、顺利。
五、数据处理方法一：利用公式S=−V lnP2/P1t2−t1粗略求得平均抽气速率。
真空的获得与测量
真空的获得与测量一、实验目的1、学习真空的基础知识，了解常用真空泵、真空规；2、学习使用机械泵对定容容器抽真空，并用真空计测量真空，计算有效抽速；3、学习使用静态升压法来检测真空系统漏率并判断漏气来源。
二、实验原理1、真空的基本概念（1）真空：低于一个大气压的气体状态。
自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。
人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。
（2）真空量度单位1标准大气压=760mmHg=760Torr =1.013×105Pa ，1Torr=133.3Pa（3）真空区域的划分目前尚无统一规定，常见的划分为：粗真空 105-103 Pa ；低真空 103-10-1 Pa ；高真空 10-1-10-6 Pa ；超高真空 10-6-10-10 Pa；极高真空 <10-10 Pa 。
2、真空的获得——真空泵（1）原理：如图所示，当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。
（2）真空泵的分类气体传输泵是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。
气体捕集泵是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。
（3）旋片机械泵旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。
在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。
旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。
工作原理：吸气—压缩—排气，定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。
主要参量：抽速和极限压强。
由于极限压强较高，常用做前级泵(预抽泵)。
3、真空测量——电阻真空计在热偶真空规中，在作为热丝的Pt丝中通过恒定强度的电流。
在达到热平衡以后，电流提供的加热功率与通过空间热辐射、金属丝热传导以及气体分子热传导而损失的功率相等，因而热丝的温度将随着真空度的不同而呈现有规律的变化。
真空的获得与测量实验报告
真空的获得与测量实验报告真空的获得与测量实验报告引言：真空是指在一定空间内没有气体分子的状态。
在科学研究和工业生产中，真空的获得和测量是非常重要的。
本文将探讨真空的获得和测量方法，并介绍相关实验的结果和分析。
一、真空的获得方法1. 抽气法抽气法是最常见的获得真空的方法之一。
实验中，我们使用了一台真空泵，通过泵的作用将容器内的气体抽出，从而形成真空环境。
实验中，我们选择了机械泵和分子泵的组合，以提高抽气速度和真空度。
2. 管道密封法管道密封法是指通过对容器进行密封，防止气体进入或逸出，从而形成真空环境。
在实验过程中，我们使用了高质量的密封材料，如橡胶密封圈和金属密封垫片，以确保容器的密封性。
二、真空的测量方法1. 粗真空测量粗真空是指真空度较低的状态，通常用毫米汞柱（mmHg）或帕斯卡（Pa）来表示。
实验中，我们使用了粗真空计来测量真空度。
粗真空计基于压力的测量原理，通过测量气体分子对容器壁的撞击力来确定真空度。
2. 高真空测量高真空是指真空度非常高的状态，通常用帕斯卡（Pa）或托（Torr）来表示。
实验中，我们使用了离子计和热导计来测量高真空。
离子计基于气体分子电离的原理，通过测量电离电流来确定真空度。
热导计则基于气体分子传导热量的原理，通过测量传导热量的变化来确定真空度。
三、实验结果与分析在实验中，我们成功地获得了粗真空和高真空环境，并使用相应的测量仪器进行了真空度的测量。
实验结果显示，通过抽气法和管道密封法，我们可以获得不同程度的真空环境。
在粗真空测量中，我们使用了粗真空计进行测量。
实验结果显示，真空度随着抽气时间的增加而增加，但在一定时间后趋于稳定。
这表明，通过抽气法可以获得一定程度的真空度，但无法达到高真空的状态。
在高真空测量中，我们使用了离子计和热导计进行测量。
实验结果显示，离子计和热导计的测量结果相近，并且真空度随着抽气时间的增加而逐渐增加。
这表明，通过抽气法和使用适当的测量仪器，我们可以获得较高的真空度。
13真空的获得与测量
实验报告： 真空的获得与测量（本报告仅供参考，每个同学应根据指导老师讲解和实际实验过程自行撰写）实验目的：了解真空技术的基本知识；了解真空泵、真空计的工作原理；掌握低、高真空的获得、测量的基本方法和真空机组操作规程。
实验仪器：电子衍射仪v 型实验原理：引言：压强低于一个标准大气压的稀薄气体空间称为真空．在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减少，分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数亦相对减少，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流小，氧化作用少，气体污染小，汽化点低，高真空的绝缘性能好等等．真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有日益广泛的应用．一、真空度与气体压强（单位Pa ）真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数越少，表明真空度越高．由于气体分子密度不易度量，通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高．按照国际单位制(SI)，压强单位是牛顿/米2，称为帕斯卡，简称帕（Pa ）．通常按照气体空间的物理特性及真空技术应用特点，将真空划分为几个区域。
粗真空：105~103 低真空：103~10-1 高真空：10-1~10-5 超高真空：10-5~10-9 极高真空：小于10-9二、真空的特点及应用特点：1、空间气体分子密度极小，仅为大气压下分子密度的万亿分之一，真空可以近似被认为是没有气体污染的空间。
分子密度与气体压强成正比，P n ∝， kT P n =。
2、 气体分子或带电粒子的平均自由程极长，平均运动速率很大，πμRT v 8=（一般为几百米每秒，μ单位千克）其中，K 为波尔兹曼常数，T 为气体温度，d 为分子直径，P 为气体压强。
例如，室温下氮气分子的平均自由程在压强为710-pa 时将长于50km ，而电子和离子的平均自由程分别是气体分子的24和2倍。
真空的获得与测量实验报告
近代物理实验报告真空的获得与测量学院班级姓名学号时间真空的获得与测量【摘要】本实验是运用包括机械泵，油扩散泵等器材制造一个真空的环境，并通过真空计来测量所获得真空的真空度的过程。
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，而且在运用技术的过程中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。
【关键词】真空泵，真空计，测量【引言】1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。
1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。
真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。
在“真空”中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。
事实上，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。
1真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。
目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。
【实验方案】一、实验原理1．真空的获得真空的获得主要靠真空泵来实现，本实验用机械泵作为主要的真空泵进行实验。
机械泵利用机械旋转产生吸气和排气的过程来获得真空。
常用的是旋片式机械泵。
排气阀采用油封，油在工作室的内表面形成油膜，有利于润滑和A点的密封，但同时也会形成油的蒸气压，限制了机械泵的真空度，并有可能污染真空系统。
为了放置油污染，防止气体倒流，当系统工作一段时间后需要停机，应先关断进气管上的阀门，保持抽气状态，然后给进气管放气，最后才能给机械泵断电。
机械泵的极限真空度为10-1Pa。
当达到极限真空度时，抽气和漏气的速度相等。
真空度不再变化。
油扩散泵是利用气体的扩散性质制作，将扩散泵油加热到沸腾温度，产生大量油气，经过导流管喷出，接着冷凝，重新变成油，返回到蒸发器，气体被机械泵抽走，如此反复，达到连续抽气的目的。
高真空度的获得与测量
1. 详细观察真空系统的结构，了解每一部件的作用及气流的通路； 2. 接通水源、关闭凡尔V2，将V5打通，放大气入系统后关闭V5， 将V2转向与粗导连通，打开真空计电源，然后将V1旋向扩散泉方 向，启动机械泵将系统由大气开始抽气，在抽气过程中，不时利 用火花检漏器激起放电，观察放电颜色和形状以及与之对应的真 空计所测压强的关系； 3. 系统达到扩散泵所需前置真空后，即可开始加热油扩散泵； 4. 当观察到油扩散泵油开始沸腾，仪器自动，打开电离真空计部 分的电源，用电离真空计测量系统的真空度；当系统真空度高于 0.01帕后，对规管进行除气。 5.去气完毕后，实验即告结束，结束的步骤与启动时的相反，即 首先关闭真空计电源，关闭V2，停止扩散泵加热，当油扩散泵油 冷却后，关闭低真空部分凡尔V1，停止机械泵工作，最后关掉冷 却水。
三、实验系统及使用方法
• 本实验是在一个多用实验系统上进行，系统的 结构示意图如图所示，扩散泵——机械泵组用 来获得高真空。M1和M2分别为电阻真空规管 和电离真空规管，用来进行真空测量。凡尔 （Valve）V1作为扩散泵与机械泵的接通或分 离用，V5是用来对系统放气，V2通向粗管导， U1为被抽容器。V3~V7在本实验中不用。 • 实验系统为全玻璃系统，实验过程中必须注意 不能碰撞系统，转动各个凡尔时要转而慢、防 止炸裂。
注意事项： ① 零点校准：当真空度高于 帕时（可由电离 规监测）调节“ZERO”零点电位器，使其 显示1.0E—1 ② 满度校准：大气状态时，调整“F· S”满度 电位器，使其显示1.0E5 ③ 电阻规故障判断
③ 电离真空计
• 工作原理： 当电离规管灯丝加热发射电子，电子经加速 后与气体分子碰撞而使气体电离，正离子被 收集极吸收，离子流与压强的关系为 Ii =K P Ie • 式中：K—规管灵敏度 Ii—离子电流 Ie—电子电流 P—压强
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。
真空的获得与测量
实验 4-1一、基本知识真 空 的 获 得 与 测 量1、真空度量单位和区域的一般划分 真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量， 最直接的物理量应该是每单位体积中的分子 数，但由于历史的原因，真空度的高低通常以气体的压强来表示。
气体压强越低，真空度就 越高，气体压强越高，真空度就越低。
国际计量大会规定的国际单位制（SI）压强单位是帕斯卡（Pascal） ，简称帕(Pa)。
一帕 等于 1 牛顿/米 2。
早期曾以一毫米汞柱（㎜ Hg）作为压强单位，将 760 ㎜ Hg 规定为一个标 准大气压。
但后来发现汞有七种同位素，纯汞也就没有确定的密度，因此以一毫米汞柱（㎜ Hg） 作为压强单位是不标准的，经第十届国际计量大会规定，改用帕(Pa)来定义标准大气压。
1 标准大气压（ATM）=101325 帕(Pa)，并规定标准大气压的 1/760 称为 1 托（Torr） ： 1 托（Torr）=1标准气压 =133.322 牛顿/米 2=133.322 帕(Pa) 760以帕(Pa)规定的标准大气压是绝对严格的，它在数值上与汞柱规定的“标准大气压”几 乎相等（1 毫米汞柱=1.00000014 托） 。
真空区域的划分， 国际上还没有统一的规定， 国内也不尽一致。
通常分为以下五个区域： 粗真空 低真空 高真空 超高真空 760～10 托（1.013×105～1.333×103 帕） 10～10-3 托（1.013×103～1.333×10-1 帕） 10-3～10-8 托（1.333×10-1～1.333×10-6 帕） 10-8～10-12 托（1.333×10-6～1.333×10-10 帕）极高真空 ﹤10-12 托（1.333×10-10 帕） 2、真空的基本特点 从物理现象来看，粗真空以分子相互碰撞为主，即分子自由程λ≤容器尺寸 d；低真空 则是分子相互碰撞和与器壁碰撞不相上下；高真空时以分子与器壁碰撞为主，即λ》d；超 高真空时分子碰撞器壁的次数已很少了， 形成一个单分子层的时间已达到以分钟计； 极高真 空时分子数已很稀少，统计涨落现象已较严重（﹥5%） ，经典统计规律产生了偏差。
真空镀膜
§7.2 真空镀膜一些光学零件的光学表面需要用物理方法或化学方法镀上一层或多层薄膜，使得光线经过该表面的反射光特性或透射光特性发生变化，许多机械加工所采用的刀具表面也需要沉积一层致密的、结合牢固的超硬镀层而使其得以硬化，延长其使用寿命，提高切削效率，从而改善被加工部件的精度和光洁度．目前，作为物理镀膜方法的真空镀膜，尤其是纳米级超薄膜制作技术，已广泛地应用在电真空、无线电、光学、原子能、空间技术、信息技术等高新技术领域及我们的生活中． 一、实验目的1.学习有关物理概念，掌握真空蒸发镀膜原理和设备操作．2.在7-1节基础上进一步学习和掌握高真空的获得与测量方法．二、实验原理真空镀膜实质上是在高真空状态下利用物理方法在镀件的表面镀上一层薄膜的技术，它是一种物理现象．真空镀膜按其方式不同可分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现代发展起来的离子束镀膜．这里只介绍真空蒸发镀膜技术．众所周知，任何物质总在不断地发生着固、汽、液三态变化，设在一定环境温度T 下，从固体物质表面蒸发出来的气体分子与该气体分子从空间回到该物质表面的过程能达到平衡，该物质的饱和蒸气压为s P ，则)/(RT H s Ke P ∆-= （1）式中H ∆为分子蒸发热，K 为积分常数，R=8.3144J ·mol -1·K -1为气体普适常量，T 为环境温度．在真空条件下，设物质表面的静态压强为P ，则单位时间内从该物质(称为蒸发材料〉单位凝聚体表面蒸发出来的气体分子的质量即蒸发率为 )(10833.52P P T M Γs -⨯=-α （单位：g/cm 2s ） （2） α为蒸发系数，M 为分子量．蒸发出来的这些气体分子有一部分遇到其它物质(称为镀件)便会吸附在上面，从而形成一层薄膜．由(2)式可以看出，蒸发率Γ与环境温度T 和环境压强P 有关，T 越低(可以进行加热〉，P 越小，则Γ越大．另外，P 越小即真空度越高，则气体分子的平均自由程：)2/(12nd πλ=．其中d 为分子的有效直径，n 为单位体积内的气体分子数，n = P/(kT)， k =1.38×10一23 λ越大则该物质的气体分子越容易无阻挡地、直线地到达镀件表面，从而形成一层均匀、牢固的薄膜．故镀膜过程须在高真空状态下进行．现附表1列出气体分子在不同气压P 下的平均自由程λ．表1 气体分子在不同气压下的平均自由程镀膜层的质量和厚度还跟蒸发源(蒸发材料的基床)的形状和镀件到蒸发源的距离有关．(1)如果蒸发源可以被看作是一个点蒸发源，则镀件到蒸发源距离最近部分的膜层厚度L 0为： L 0=)4/(2h m πρ．其中m 为蒸发源的质量(g)，ρ为蒸发源的密度，h 为镀件到蒸发源的最近距离．而镀件其它部分的膜层厚度L 为：L=L 0/[1+(δ/h )2]3/2．δ为镀件被观测点到蒸发源最近点的距离．(2)如果蒸发源是面蒸发源，那么镀件到蒸发源中心点距离最近部分的膜层厚度L 0为： L 0=)/(2h m πρ， 而镀件其它部分的膜层厚度L 为： L =L 0/[1+(δ/h )2]2．三、实验装置本实验采用DM-450C 型真空镀膜机进行抽真空并镀膜．真空度的测量采用FZH-2B 型复合真空计． 真空镀膜机由三部分组成(见图7-2-l)抽真空系统、电气系统、镀膜室．图7-2-1 真空镀膜机的结构抽真空主要采用2XZ-8型旋片式机械泵和K-200型油扩散泵进行．真空测量装置为FZH-2B 复合真空计，有关真空泵工作原理和复合真空计的原理及使用请参阅实验“真空的获得与测量”有关部分．图7-2-2 真空镀膜机电原理图真空镀膜机的电路原理如图7-2-2所示．镀膜室由钟罩、蒸发器、挡板、轰击棒支架、烘烤炉等组成．如图7-2-3所示．钟罩和底板组成一个密封的真空室，在室内能进行各种操作．蒸发器由加热电极和蒸发源两部分组成，蒸发源有钨丝绕成的螺旋状和由钼片折成的舟状两种形式．蒸发源上面的挡板可通过钟罩外的控制装置转动．它能挡住一些奔向镀件的杂质蒸汽分子．把轰击棒接在负高压电极上，当加上直流高压时，真空室内残余气体放电而电离，并受负高压的作用加速撞击钟罩四壁及镀件表面，轰击吸附在上面的气体分子，然后把它们抽出，从而提高了真空度和镀件的清洁度．放置镀件的支架可以转动，以便镀上均匀的膜层．通过烘烤炉对镀件加热，提供最佳的基底温度使镀膜层非常牢固．四、实验内容及步骤本实验要求在一块平面玻璃的表面镀上一层铝反射膜．1. 准备工作：(1) 钨丝与铝丝洗涤方法：先用清水冲净尘埃，再用浓度为20%的氢氧化钠溶液煮10余分钟(铝条煮半分钟)，除去表面氧化物和油迹，达到钨发亮为止，然后用清水冲净，浸在去离子水中刷洗，最后取出用红外灯烘干便可．(2) 玻璃片的洗涤方法： 用去污粉擦洗去除一般油污和尘埃，清水冲洗后放在重铬酸钾和硫酸混合液中浸10-30分钟，然后用自来水、蒸馏水冲洗．最后用无水乙醇脱水烘干，整个过程手不能与被镀表面直接接触．2. 安装： 打开机器总电源，见指示灯亮后，开“充气”，充气完毕后打开“升钟罩”开关，钟罩被提升，用无水酒精棉球清洗钟罩边缘和观察窗．把绕成螺旋状的钨丝或作成舟状的钼片任意安装在四个蒸发电极上，把弯成“V ”形的铝丝挂在钨丝上，将玻璃安装在工件支架上．开“降钟罩”使扣下的钟罩边缘密封好．3. 抽真空：打开“机械泵”， 低阀处于“抽钟罩”位置，接通热电偶真空计进行测量．当钟罩内真空度达到1.3Pa 时，开“轰击”，和“工件旋转”，旋钮，调节变压器1BZ 逐步升高电压至2000V 左右，调节针阀使钟罩内真空度保持在6.7Pa ，轰击约20min 后，将变压器调回零，关针阀，关“轰击”，关“工件旋转”，将低阀置于“抽系统”位置，接通扩散泵冷却水，开“机械泵、扩散泵”对扩散泵加热，约20min 后，同时观测系统真空度在6.7Pa 以上，打开高阀，监测钟罩内真空度，当真空度超过1.33×10-1Pa 时，接通电离真空计测量．4.镀膜： 当真空度达到1.33×10-1Pa 时，开“烘烤”，调节变压器2BZ 烘烤镀件，使镀件获得基底温度；当真空度达到6.7×10-3Pa 以上时选择好蒸发电极，插入电流分配塞，开“蒸发”，调节变压器1BZ ，逐渐加大电流使铝丝预熔(钟罩内真空度同时下降)，此时用挡板挡住蒸发源避免初熔时杂质蒸发到玻璃上；当钟罩内真空度恢复到6.7×10-3Pa 以上时，再加大蒸发电流，同时移去挡板，此时从观察窗中可以看到铝丝逐渐熔化缩成液体小球，然后迅速蒸发，玻璃上便附着了一层铝膜．5.结束： 关高真空测量，停扩散泵加热炉，关高阀，低阀仍处于“抽系统位置”，开“充气”，充气完毕后开“升钟罩”，取出镀件．清洗镀膜室，开“降钟罩”，扣下钟罩后，将低阀置于“抽钟罩 ”位置，抽钟罩3-5min 后停机械泵，关总电源，再过1h 后关闭扩散泵冷却水． 五、注意事项l ．当镀膜室处于真空状态时，绝对不可提升钟罩，否则将损坏提升机构．图7-2-3 镀膜室结构图2．扩散泵工作时，必须使镀膜室处于低真空，真空度达到1.3Pa时，才能开“高阀”，绝不允许在钟罩降下后，马上开“高阀”，以免扩散泵油氧化．实验过程中要保证冷却水的畅通，镀膜完毕后也不能马上关闭冷却水．3．镀膜结束时，应首先切断高真空测量，再关“高阀”，然后镀膜室充气，以免电离规管损坏和扩散泵油氧化．4．中途突然停电，应立即切断高真空测量，再关“高阀”，“低阀”拉出置于“抽钟罩”位置．来电后，待机械泵工作2-3分钟后，再恢复正常工作．六、思考题1.有哪些因素会影响镀膜层的厚度和质量?2.真空度对镀膜有何影响，为什么压强较高时无法镀膜？3.为什么在大气状态下不能进行轰击？轰击颜色及光强将随真空度变化，试解释之．4.若在实验过程中突然停水、停电，你作何应急处理?5.一般常用的物理镀膜方式有几种?6.制作的铝反射膜一擦即掉，是什么原因造成的?7.制作的铝反射膜薄厚不均匀，主要是什么原因造成的?8.镀膜过程中观察窗易被覆盖，你能想一种办法，既能镀膜，又使观察窗不被覆盖吗? 试讲出你的办法．9.蒸发镀膜适用于镀什么材料?10.镀膜过程中，为什么要先用挡板挡住蒸发源一段时间?11.气体分子的平均自由程与气体压强有什么关系? 给出其表达式．。
真空测量实验报告
真空的测量与获得实验报告物理071 冯才杰 07180120摘要：在本次实验中，我们要学会如何获得真空，并在自己得到的真空中测量出其真空度，最后还要在抽气过程中的真空度进行分析。
关键词：真空、获得、测量 引言：低于一个大气压的气体存在状态称为真空状态，真空程度简称真空度。
某空间真空度愈高，意味着其间压强愈低，气体分子密度愈小。
真空度以压强为计量单位(Pa )。
mmHg 105.7atm 1026869.9Pa 137--⨯≈⨯=根据不同压强下气体的不同性质及使用方便，通常将真空范围划分为5段（如不同的仪器设备。
本实验用机械泵与扩散泵串联而成的高真空机组来获得真空，由复合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。
高频火花探漏器可用以判断非金属部件是否漏气，并可粗略地估计一定的真空范围。
正文：一、实验操作过程：（1）①开机准备：F1 关闭，F3 打开，F4 处（a ）位置（即阀杆推进）； ②接通机械泵电源，用热偶计规管G1 测预真空；③ 时，接通冷却水、扩散泵电炉电源，记下时间；并改用 G2规管测量 V2之真空度；④约 30分钟后，即当 时，打开电离规管灯丝预热，并测量真空度；⑤若真空度不能在预期时间内到达，应以高频火花探漏器或配合滴抹乙醇、丙醇等方法检漏；⑥时，对电离规管栅极去气；直至抽到可以进行真空工作所要求的真空度，或至机组的极限真空。
（2）当扩散泵连续工作，而被抽容器又需暴露大气时，应继续如下步骤：①关闭电离规管灯丝开关及高真空阀 F4，改用 G1规管测真空，以监视扩散泵的出口压强；②拉出 F3之阀杆，使处（b）位置，切断机械泵电源；③打开充气阀 F1，对被抽容器充气（不应影响热偶规管G1之指示，如有影响，则说明 F3密封不严，此时不能进行此项操作！），打开被抽容器进行必要的操作；④操作完毕后，恢复其密封状态，并关闭阀 F1；⑤接通机械泵电源，改以 G2管测预真空；⑥后，将 F3之阀杆推进，使处（a）位置，同时打开高真空阀 F4；⑦约待 2-3分钟，后，以电离真空计测量高真空。
真空的获得与测定
如何获得真空？
目前获得真空的技术方法有两种：
通过某些机器的运动把气体直接从密闭容器排出，常被 称为真空泵
通过物理、化学等方法将气体分子吸附或冷凝在低温表 面上。
真空泵的分类
气体传输泵： 能使气体不断的吸入和排出，借以达到抽气目的的真空 泵 气体捕集崩： 使气体分子吸附或凝集在泵的内表面上，从而减小了容 器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵
真空的获得与测定
主讲人——卢婷——唐星宇
目录
• 什么是真空？
• 为什么需要获得真空？ • 如何划分真空的级别？ • 怎样获得真空？ • 怎样测量真空度？
什么是真空？
• 本指没有任何实物粒子存在的空间，但什么都不存在的空 间是不存在的。 • 物理上的真空实际上是一片不停波动的能量之海，当能量 达到波峰，能量转化为一对对正反基本粒子，当能量达到 波谷时，一对对正反基本粒子相互湮灭，转化为能量。 • 工业上的真空指的是气压比一标准大气压小的气体空间， 是指稀薄的气体状态。
电离真空计：板极电流的大小， 取决于电子在阴极和栅极之间的 碰撞分子使其电离的数目，该数 目正比于气体的浓度即气体的压 强。测量范围10¯¹-10¯⁶
二、实验步骤
二、实验步骤
谢 谢
转子沿着箭头方向所示旋转， 进气口方面容积逐渐扩大而 吸入气体，同时缩小排气口 方面容积，将已吸入的气体 压缩从排气口排出 极限压强：最低压强10¯¹Pa
一、实验原理 2、真空的测量：热电偶真空计 电离真空计
测量范围：10¯⁶-10
热电偶真空计： 在恒定的电流下， 加热丝的温度高 低取决于真空度， 压强越大，气体 传导热量越多， 加热丝的温度越 低，伏安表测出 的热电动势越小。 测量范围1010¯¹Pa
真空的获得_实验报告
一、实验目的1. 了解真空的基本概念和特性。
2. 掌握真空泵的工作原理和操作方法。
3. 熟悉真空度的测量方法。
4. 通过实验，加深对真空技术在实际应用中的理解。
二、实验原理真空是指在某一封闭空间内，气体分子密度极低的状态。
真空技术是利用真空泵将气体抽出，从而获得低气压环境的技术。
真空泵是真空技术的核心部件，其工作原理是利用机械、物理或化学的方法将气体抽出。
本实验采用机械泵进行真空获得。
机械泵是一种无油泵，主要由泵体、转子、轴承、密封件等组成。
泵体内部有一个或多个转子，转子与泵体之间有一定的间隙，当转子旋转时，转子与泵体之间的间隙产生周期性的变化，从而形成抽气腔。
气体在抽气腔内受到离心力的作用，被排出泵外。
真空度的测量采用真空计进行。
真空计是一种测量真空度的仪器，其原理是根据真空度与仪器内部电离室或热敏元件的特性之间的关系，测量真空度。
三、实验仪器与材料1. 机械泵：一台2. 真空计：一台3. 真空容器：一个4. 真空阀门：若干个5. 连接管：若干个6. 电源：一台7. 记录本：一本四、实验步骤1. 将真空容器放置在平稳的桌面上，将机械泵、真空计、真空阀门、连接管等连接好。
2. 打开电源，启动机械泵，观察真空泵的运行情况。
3. 使用真空计测量真空容器内的真空度，记录数据。
4. 调节真空阀门，控制真空泵的抽气速率。
5. 再次使用真空计测量真空容器内的真空度，记录数据。
6. 关闭机械泵，停止抽气。
7. 观察真空容器内的真空度变化，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，真空泵启动后，真空容器内的真空度逐渐降低，直至达到一定值。
2. 通过调节真空阀门，可以控制真空泵的抽气速率，从而影响真空度。
3. 实验结果表明，机械泵在短时间内可以将真空容器内的真空度降低到一定程度。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了真空的基本概念和特性，掌握了真空泵的工作原理和操作方法，熟悉了真空度的测量方法。
实验结果表明，机械泵在短时间内可以将真空容器内的真空度降低到一定程度，为真空技术在实际应用中的理解提供了有益的参考。
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7-1 真空的获得与测量实验引言真空技术已成为先进的科学技术之一，被广泛应用于工业生产、科学研究的各个领域。
它与电子管真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学等有着紧密地联系。
真空技术的主要环节和基础是真空的获得，真空的测量及真空检漏等，通过本实验我们将对这些实验的方法和手段进行初步的学习和了解。
实验预习1． 学习旋片式机械真空泵、油扩散泵的工作原理；2． 了解真空的获得与测量实验系统及实验注意事项。
实验目的1．通过低真空的获得，学习使用旋片式机械真空泵和测量低真空的热偶计。
掌握测量容器的体积比。
2．通过高真空的获得，学习使用油扩散真空泵和测量高真空的电离真空计。
3．了解玻璃管和金属在高真空中的放气现象和去气方法。
4．通过制作放电管，掌握对放电管充气方法，观察放电管放电现象，并计算最佳放电时放电管内的气压差。
4．测量氦（或氖）放电管光谱，并进行光谱分析（选做）。
实验装置一、真空系统该实验装置由被抽真空的容器，旋片式机械真空泵和油扩散真空泵，测量真空度的热电偶真空计、电离真空计，不锈波纹钢管道和真空阀门所连成的一个整体系统称为真空系统。
系统结构如图7-1-1所示。
TG 1、TG 2——热偶真空规管， IG ——电离真空规管；A 、B 、C ——真空容器；1V ——油扩散泵蝶阀，2V 、3V 、4V 、6V 、8V 、9V 、10V 、11V ——角阀，5V ——针形阀， 7V ——电磁真空压差阀，12V ——三通阀，13V 、14V ——两级压力调节器；H ——加热炉，C T ——加热炉温度计扩散泵 机械泵差压传感器I 差压传感器II加热炉充气瓶放电管 充气连接管通大气图7-1-1 真空获得与测量实验系统结构图1．低真空系统。
该部分实验利用理想气体波义耳定律测量容器A 和容器B 的容积比。
低真空通过旋片机械泵获取，连接在机械泵上的电磁阀在接通电源时将抽气口与被抽系统接通，停泵时，割断泵与被抽系统的连接，而与大气相通，防止机械泵返油。
复合真空计的热电偶计TG 1，用于监测系统真空状态，利用差压传感器I(24PCC)测量容器A 、B 充气后的压强，三通阀V 12可以使差压传感器的C 口通大气，也可以通容器B ，分别用于传感器定标和测量系统压强。
2．高真空系统高真空系统是利用前级的旋片式机械泵和后级的油扩散泵来获得容器C 和放电管HeDT 的高真空状态，然后对放电管充入Ne 或He 气，制造Ne 或He 放电管，并利用WDS 光栅光谱仪测量放电管的光谱。
公共前级的旋片真空泵起前置抽低真空作用，可以用机械泵先把油扩散泵和系统抽到低真空。
油扩散泵通过蝶阀V 1与系统相通，机械泵则通过角阀V 3连接到扩散泵，充当其前级泵。
该扩散泵使用水冷。
复合真空计的热电偶计TG 2和电离计IG 用于监测高真空系统的真空度。
加热炉H 可以对放电管加热去气。
充气系统的气瓶中储存高纯Ne 或He ，V 13为气瓶总阀，利用减压阀V 14可以控制充到储气管中的气体压强和容量，再通过微调针阀V 5的控制把气体充入到放电管中。
充气后放电管中的气压可以通过传感器II(24PCC)测量。
用计算机自动控制的WDS 光栅光谱仪可以测量放电管的光谱。
3．真空阀门真空阀门在真空系统中起着改变气流方向或气体流量大小的作用。
在实验中采用的是金属不锈钢真空阀门，主要有手动角阀、手动针阀、蝶阀和三通阀几种（如图7-1-2所示）4．扩散硅压阻式差压传感器差压传感器是压力传感器的一种。
压力传感器是利用半导体材料（如单晶硅）的压阻效 应制成的器件。
半导体材料因受力而产生应变时，由于载流子的浓度和迁移率的变化而导致电阻率发生变化的现象称为压阻效应。
差压传感器的原理结构示意图和外形图如图7-1-3所示。
p U s U通大气口传感硅片固定片测量口正压力腔 参考压力腔 通大气口 差压测量口（被测压强） 缺口 内部密封传感硅片 （a ）外形结构（b ）内部剖面示意 （c ）电路接线示意7-1-2 常见的金属阀门：(a)角阀、(b) 针阀、(c) 三通阀、(d ) 碟阀(a) (b) (c) (d)当在差压传感器的2、4两端加上一恒定电压U s 后，在其1、3两端会输出一与压差∆P 成线性关系的电压U p ：0p p U U k P ∆=+ （7-1-1）U 0为压差为零时的输出电压，系数k P 一般为一常数。
差压传感器在使用时要先通过 定标确定U 0和k P 的数值，再利用上述公式进行测量。
本实验中使用的24PCC 型差压传感器压力范围为15Psi （1Psi =6.895⨯103Pa ），其工作电源采用2mA 恒流源，电压量程为225mV ，灵敏度为15mV/Psi ，线性度为±1.0%。
一只24PCC 用于放电管内气压测量，另一只24PCC 用于低真空实验测量。
5．辉光放电及放电管光谱（1）辉光放电现象气体的辉光放电意味部分气体分子开始分解为可以导电的离子与电子，即形成了等离子体。
在如图7-1-4所示的与待抽真空容器相通的玻璃管内封入两个金属电极，就构成了气体放电管，在放电管的两电极上加上数千伏特的直流高电压时，电子就会从阴极逸出并在电场中加速，运动的电子与管中气体原子发生非弹性碰撞时，气体原子就会电离，也会从基态跃迁到激发态，气体原子从激发态返回基态时就有光辐射产生。
当真空度为102Pa 左右时，气体或蒸气在电压较高(2000V 左右)、电流较小(约几毫安)的条件下，放电管中出现的瑰丽的发光现象称为辉光放电。
由于电子从阴极向阳极运动过程中，与气体原子非弹性碰撞失去能量后，要经过一段距离加速，才能发生下一次非弹性碰撞，因此，辉光放电的特征是在放电管中交替地出现亮区和暗区，如图7-1-4中所示，从阴极到阳极依次出现：①阿斯顿暗区、②阴极辉光区、③阴极暗区(克鲁克斯暗区)、④负辉光区、⑤法拉第暗区、⑥正辉光区、⑦阳极暗区、⑧阳极辉光区等八个发光强度不同的区域。
不同区域内辉光的波长、亮度除了与电极材料、放电管的长度、放电电流强度、气体的种类有关外，还与真空度有关，真空度太低时，例如1个大气压时，电子的平均自由程很短而达不到阳极，就看不到辉光现象，真空度约为103Pa 时，辉光开始出现。
随着真空度的提高，辉光带越来越宽，达到102Pa 左右时，正辉光区范围最大，负辉区最亮。
当真空度达到10Pa 左右时，正辉光区范围缩短，颜色也发生变化，当真空度达1Pa 左右时，辉光只见于两极，管壁由于电子轰击而出现与玻璃材料有关的荧光。
当真空度超过0.1Pa 时，放电和辉光都消失。
因此，通过对辉光放电现象的观察可以粗略地估计真空度。
（2）放电管光谱测量放电管两端加上电压后，在电场的作用下，管中气体的原子、分子受到加速电子的碰撞发生激发和电离，气体原子获得能量由基态跃迁到高能的激发态，而处于高能激发态的原子一般是不稳定的，将发生自发辐射或受激辐射由高能激发态跃迁到低能态，能量以光子的形式放出，形成放电。
原子由高能态E n 向低能态E m 跃迁时，辐射光的频率为：hE E m n -=ν （7-1-2） 其中，h 为普朗克常数。
图7-1-4 辉光放电示意图原子的能级跃迁满足一定的规律，即跃迁的选择定则，因此，原子发光的频率是一定的，即原子光谱是线状光谱。
对于分子发光，由于分子内的电子跃迁时，分子振动及转动能也发生变化，频率展宽，形成带状光谱。
此外气体放电辐射中，还会出现连续光谱。
气体的电导率为：e e ec m ne λσ2= （7-1-3）其中，n 为电子密度，e c 为气体分子热运动速率，e λ为气体分子平均自由程。
一定温度下，e 2、m e 和e c 为常数。
可以看到，当外界条件发生变化时，明显会影响到n 的变化，同时，当外加电压不同时，场强发生变化，载流子运动状态发生变化时，由于产生次级电子的条件变化，电导率数值也要发生变化，此外，由于气体压强的变化，会使得气体分子平均自由程也要跟着发生变化。
因此，气体的放电与外界条件，如放电管管径，所加电压，气体压强都有密切关系。
图7-1-5 光栅光谱仪光谱测量有多种方法，比较常用的是使用光栅光谱仪。
目前，比较常用的是平面反射光栅，是在金属板或镀金属膜的玻璃上刻画齿状槽面（图7-1-4），当光入射到光栅平面上时，由于光的衍射原理，不同波长的光的主极强将出现在不同方位，光栅公式为：λθk d =sin （7-1-5）长波衍射角大，短波衍射角小，含不同波长的复合光照射到光栅表面，除0级外，其他主极强的位置均不相同，这些主极强亮线就是谱线。
各种波长的同一级谱线构成一套光谱。
光栅光谱仪的显著特点是有许多级，每一级为一套光谱。
实验内容一、低真空实验1．检查真空实验装置，关闭所有阀门。
打开冷却循环水，启动机械泵。
2．差压传感器定标：自己设计定标方法和步骤，利用低真空系统定标差压传感器的0U 和p k 。
3． 测量容器A 和容器B 的容积比。
自己设计实验方法和步骤。
根据理想气体波义耳定律计算出容器A 、B 的容积比（请自己推算出计算公式）。
注意，近似取处于低真空状态时气压为0。
重复测量3次。
4． 实验完毕，关闭角阀V8，停机械泵，打开充大气阀V7，让机械泵与大气接通。
打开V9、V10、V11，三通阀V12阀杆向里推到终点，使差压传感器24PCC 的C 口与V12的F 口相通。
d（a ）光栅 （b ）光栅光谱仪反射镜反射镜光栅 光源入射狭缝出射狭缝二、高真空实验1. 系统预抽低真空打开冷却循环水，启动机械泵，打开角阀V3，先对油扩散泵抽低真空，打开真空计，当热偶计TG 1测得前级真空度达到10Pa 以下，扩散泵加热（注意已通水）。
半小时后，关V 3，开V 2（预抽阀），开V 4，V 6；预抽容器C 和放电管系统低真空（注：在扩散泵升温启动过程，V 1是关闭的）。
2. 系统抽高真空用热偶计TG 2监测系统真空度。
当真空度低于10Pa 时，关闭预抽阀V2，打开前级阀V3，打开高真空蝶阀V1。
整个真空系统抽高真空。
当电离规管IG 测得系统真空度优于5×10－3Pa 后，再进行下面操作。
3. 系统去气及金属放气和吸气现象观察当系统真空度低于1×10-3Pa 时，将放电管加热，观察玻璃内壁和金属电极的放气现象，同时注意真空度的变化，即气体解吸（放气）现象。
（注：为了更加明显地观察解吸与吸附，还可借助一个电热吹风机，加热其他高真空表面来观察。
注意烘烤结束后，不要马上将加热炉推开，以免玻璃放电管急冷而开裂。
待达到极限真空后再推开）。
4. 观察放电管辉光放电现象及计算最佳放电时的压差当系统真空度达到要求，可向放电管内充入工作气体（实验中一般用氦气He ），注意充气时，必须关闭角阀V4、V6，气瓶总阀V13、减压阀V14及微调针阀V5不能同时开启。