真空的获得与测量
真空的获得与测量
真空摘要：真空技术真空技术是建立低于大气压力的物理环境，以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。
真空技术主要包括真空获得、真空测量、真空检漏和真空应用四个方面。
在真空技术发展中，这四个方面的技术是相互促进的。
真空技术是近代物理学的基础技术之一。
开设本实验的目的是了解真空技术的基本知识，掌握高真空的获得和测量的基本原理和方法，为将来科学技术的研究或创造性地解决生产实际中的问题，进行必要的基本功训练。
关键词：真空度理想抽速机械泵油扩散泵发展史：远在1643年，意大利物理学家托里拆利发现，真空和自然空间有大气和大气压力存在。
他将一根一端封闭的长玻璃管灌满汞，并倒立于汞槽中时，发现管中汞面下降，直至与管外的汞面相差76厘米时为止。
托里拆利认为，玻璃管汞面上的空间是真空，76厘米高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。
1650年，德国的盖利克制成活塞真空泵。
1654年，他在马德堡进行了著名的马德堡半球试验：用真空泵将两个合在一起的、直径为14英寸(35.5厘米)的铜半球抽成真空，然后用两组各八匹马以相反方向拉拽铜球，始终未能将两半球分开。
这个著名的试验又一次证明，空间有大气存在，且大气有巨大的压力。
为了纪念托里拆利在科学上的重大发现和贡献，以往习用的真空压力单位就是用他的名字命名的。
19世纪中后期，英国工业革命的成功，促进了生产力和科学实验发展，同时也推动了真空技术的发展。
1850年和1865年，先后发明了汞柱真空泵和汞滴真空泵，从而研制成了白炽灯泡(1879)、阴极射线管(1879)、杜瓦瓶(1893)和压缩式真空计(1874)。
压缩式真空计的应用首次使低压力的测量成为可能。
20世纪初，真空电子管出现，促使真空技术向高真空发展。
1935～1937年发明了气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。
这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常用。
1940年以后，真空应用扩大到核研究(回旋加速器和同位素分离等)、真空冶金、真空镀膜和冷冻干燥等方面，真空技术开始成为一个独立的学科。
真空的获得和测量
霍尔传感器测量铁磁材料 磁滞回线和磁化曲线 ２ 、实验内容 （１）基本内容：测量模具钢的初始化曲 线和磁滞回线。 （２）选做内容：作软铁材料或矽钢片材 料的基本磁化曲线；用示 波器观察模 具钢材料的交流磁特性，测量材料的饱 和磁感应强度和矫顽力。
磁化强度的测量 一、实验目的要求 １、了解磁化强度的 测量原理。 ２、测量铁磁材料的 磁化强度值。 ３、掌握磁天平测量 磁化强度的操作技术。 二、实验仪器
霍尔传感器测量铁磁材料 磁滞回线和磁化曲线
1、 HM-1霍尔法磁滞回线和磁化曲线测定仪由以 下部分组成： （１）SXG-2000数字式毫特仪：四位半LED显示 ；量程2000mT；分辨率位0.1mT；基本误差优 于土1％；(读数)土0．01％(满度)。 （２） IS600恒流电源：四位半LED显示；可调 恒定电流0—600.0mA。最大输出电压大于19V 。 （３）实心铁芯样品(绕有2000匝励磁线圈)。截 面长2.00cm，宽2.00cm间隔2.0mm。
磁化强度的测量
三、实验内容 对铁磁质的磁特性测量是研究自发磁化的基础。本 实验将应用磁秤法测量磁特性重要参数－－磁化强度。 各向同性非铁磁质的磁化强度 与引起磁化的磁感应 强度 方向平行，（相同时呈顺磁性，相反时呈抗磁 性。）且 与 大小呈正比。但铁磁质中 与 方向不总是 平行，大小也不成正比。对非铁磁质适用的公式 应 用到铁磁质上时，磁介质常数 不再是一个常数， 磁化过程中，磁化强度 随着磁场强度 的增长而趋近 极限值，这个极限值就叫饱和磁化强度 。
真空的获得和测量
2、油扩散泵 油扩散泵底部为蒸发器，蒸发器内储存高真空油， 这油经泵外的电炉加热后产生一定的蒸汽压，其压强 约为10-1mmHg数量级，蒸汽沿着导管传输到上部，经 由伞形喷咀下喷出，因为喷咀外面的气体压强较低， 约在1E-2mmHg，于是蒸汽流可向下喷出一长段距离， 构成一个向出气口方向运动的射流，并具有高的射流 速度（例如每秒200• 左右）、浓的蒸汽流密度及大的 米 油分子量(约为500),• 些决定了蒸汽流具有优越的载 这 运分子的能力。
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
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三、实验原理一、真空的获得真空的获得是由真空泵来完成的。
一般真空实验室经常使用的是机械泵和扩散泵，用于超高真空的是钛升华泵和低温泵。
真空泵的基本原理：当泵工作后，形成压差，p1 > p2，实现了抽气。
真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气型两大类．排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压缩到排气口，而将气体排出泵体之外，如机械泵、扩散泵和分子泵等．吸气型真空泵则是在封闭的真空系统中，利用各种表面（吸气剂）吸气的办法将被抽空间的气体分子长期吸着在吸气剂表面上，使被抽容器保持真空，如吸附泵、离子泵和低温泵等．真空泵的主要性能可有下列指标衡量：（1）极限真空度：无负载（无被抽容器）时泵入口处可达到的最低压强（最高真空度）（2）抽气速率：在一定的温度与压力下，单位时间内泵从被抽容器抽出气体的体积，单位（升/秒）（3）启动压强：泵能够开始正常工作的最高压强．1、机械泵机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空的泵。
机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵。
旋片式机械泵的结构如右图，它由一个定子、一个偏心转子、旋片、弹簧组成。
定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气管和出气阀门，转子顶端保持与空腔壁相接触，转子上开有槽，槽内安放了由弹簧连接的两个刮板．当转子旋转时，两刮板的顶端始终沿着空腔的内壁滑动．为了保证机械泵的良好密封和润滑，排气阀浸在密封油里以防止大气流入泵中。
油通过泵体上的缝隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有的运动表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔之间的密封。
同时，油还充满了泵腔内的一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。
工作时，转子沿着箭头所示方向旋转时，进气口方面容积逐渐扩大而吸入气体，同时逐渐缩小排气口方面容积将已吸入气体压缩从排气口排出。
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)。
g真空的获得与测量资料
真空的获得与测量【真空技术简介】真空技术在工业生产，科学研究各个领域有着广泛的应用。
其中一个重要的方面就是电真空工业。
电真空器件，即内部为“真空”环境的电子器件(各种电子管、放大管、显象管等)，因工作原理基于利用电，磁场来控制电子流在空间的运动，以达到放大，振荡，显示图象等目的，如器件内达不到必要的真空度，电子流与气体的碰撞必然使电子流运动规律受到影响，另外电真空器件内的热阴极，光电阴极等都是化学性活泼的表面，极易受到气体的“毒化”而失败。
可见，电真空工业是离不开真空技术的。
在尖端科学飞跃发展的近几十年来，在原子能、半导体、计算机基本粒子研究，空间科学、微电子学，表面物理，真空冶金等方面，真空技术不仅做为基本工艺，基本设备起了关键性的作用，而且常涉及到一系列真空物理现象的研究，因此，现代科学技术尖端的迅速发展已促使真空技术发展成为一门具有理论与技术特点的独立的新兴科学，其基本内容有真空物理(包括稀薄气体物理及表面物理)真空获得，真空测量、检漏、真空系统设计，计算等。
1．真空的基本概念压强小于一个大气压的气态空间通常叫“真空”，在真空技术中，气体的稀薄程度叫真空度。
它常用压强的大小来表示，压强越小，真空度越高，反之，压强越大，真空度越低。
真空度的高低用压强的单位“帕”来量度。
1标准大气压=1．01×105帕为了讨论和应用的方便，真空度分为几个区域：粗真空：压强在1．01×105帕-103帕低真空：压强在103帕-10-1帕高真空：压强在10-1帕-10-6帕超高真空：压强在10-6帕-10-8帕极高直倥：压强在10-8帕以下这样划分的根据是压强在1000帕以上的空气、性质与常压下相似；1000帕左右放电现象开始显现；10-1帕是一般机械泵可达到的真空度，10-6帕是扩散泵可达到的极限真空度；10-6帕以下的超高真空靠分子泵，溅射离子泵，，冷凝泵等达到。
绝对的“真空”即完全没有任何物质的空间是达不到的，所谓“真空”内仍然存在眷大量气体分子，只是比大气中少得多而己，现在能获得最低压强比一标准大气压低十九个数量级。
真空的获得与测量
真空的获得与测量用直观的展示真空的获得与测量系统，掌握三种真空规测量不同的真空度的使用方法。
了解涡轮分子泵的结构与使用。
真空在日常生活中的应用。
针对光线能量、压力用演示的方法说明光压的能量与测量。
1、引言真空作为一门单独的学科已显得尤为重要，它与电真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学及真空冶金等有着紧密的联系并有着广泛的应用。
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。
2、实验原理与装备(1) 机械泵：是用来获得真空、改善和维持真空的装置简称为真空泵。
获得低真空的独立设备为机械泵, 获得高真空的为分子泵，有机械泵作为前级真空下, 分子泵就能获得高真空。
两种泵都纯属机械转动而抽气的金属泵。
机械泵结构简单, 主体为圆柱形钢筒定子空腔, 内有一转子, 偏心安置在钢筒定子内旋转, 转速为350~ 750 转/ 分。
装在转子沟槽内的两个旋片依靠弹簧力和离心力保持与泵体充分接触。
定子上有一个与被抽系统相联的进气口和一个单向活塞阀出气口。
当转子顺时针转动时, 由进气口进入转子与定子之间部分空间V1 的体积不断扩大, 而出气口与转子、定子间的部分空间V2 体积不断缩小, 前者扩大V1 将气体抽入, 后者将气体压缩V2 将压缩后的气体排出泵外, 达到抽气的目的。
一般机械泵上标称2X ) 8, / 20说明它是两个串联的双杠, / X0 是旋片式的, / 80表示每秒8 升的抽气体速率。
(2) 分子泵：是利用高速旋转的涡轮叶片, 不断对被抽气体分子施以定向的动量和压缩作用, 将气体排除, 是一种纯机械的高速旋转的真空泵。
在泵内有一个圆柱形高速旋转的转子, 气体分子从转子上得到一定的动量, 使分子自进气口朝向出气口方向运动, 达到抽气目的。
该泵启动平稳迅速, 它具有刹车功能, 可以得到高速旋转的泵在短时间内很快停下来, 工作压强范围宽, 从101pa 到高真空10-7pa 都可以正常工作。
真空的获得和测量
真空的获得和测量一、 实验目的1．了解基本的真空系统的结构2．了解低真空的获得设备－机械泵的原理及使用3．了解热传导真空计、U型真空计、高频火花真空测定仪的原理及使用二、 实验原理真空系统是指压强小于1个大气压的系统。
1．真空的获得（1） 机械泵课件中有详细的介绍，该部分内容要求学生自学。
（2） 扩散泵（本次实验中并未使用，给学生简单介绍）扩散泵是靠油的蒸发－喷射－凝结重复循环来实现抽气的，由于射流具有高流速（约200m/s），高的蒸汽密度，且扩散泵油分子量大（300～500），故能有效的带走气体分子。
气体分子被带往出口处再由机械泵抽走。
2．真空的测量测量真空的仪器种类很多，本实验选用U型压力计、热偶真空计和高频电火花真空测定仪。
（1） 水银U型压力计构造简单，无需校准，可以在气压不太低时使用。
一般压力计一端封闭，另一端接入真空系统，封闭断为真空，这样压力计可直接指示总压力，两边水银柱的高度差即为总压力。
对于精密工作则需进行温度修正。
对于压力较低（低于103Pa）的测量，油压力计比水银压力计更精确，因为油的密度低得多，绝对压力由下式给出P=ρ油gh式中h是油压力计的读数。
（2） 热偶真空规的原理是利用在低气压下气体的热导率与压强之间的依赖关系。
在玻璃管中封入加热丝及两根不同金属丝制成一对热电偶。
当加热丝通以恒定的电流时，热丝的温度一定，当气体压强降低时，O点温度升高，则热电偶两端的热电动势增大，由外接毫伏计读出电压升高，压强与热电动势并非线性关系。
热偶真空计的测量范围大约在100～10-1Pa之间，它不能测量再低的压强，这是因为当压强更低时，热丝的温度较高，此时气体分子热传导带走的热量很小，而由热丝引线本身产生的热传导和热辐射这两部分不再与压强有关，因此就达到了测量下限。
（3） 高频电火花真空测定仪（捡漏仪）是一种粗略测量玻璃真空系统的仪器，接通电源后，调节放电火花间隙，当产生击穿放电时，将高频放电探头在被抽容器处不停的移动。
真空的获得与测量总结报告
真空的获得与测量摘要真空技术在近代尖端科学技术中占有关键的地位，本实验要学习高真空的获得与测量方法，熟悉真空获得的相关设备和仪器，并掌握其使用方法，同时测量真空度随时间的变化。
关键词高真空机械泵油扩散泵引言真空技术始于1634年，由托里拆利将一端密封的长玻璃管注满汞并倒置于盛有汞的槽里，发现汞柱顶端产生真空。
自20世纪初起，随着电子管的研究和产生，逐步建立起了能够获得与测量压强低于710-Torr的高真空设备与技术；到20世纪50年代，随着表面物理，原子能物理，以及半导体、电子计算机、航空技术的迅速发展，发展了超高真空技术；到20世纪70年代，又进一步提高到压强低于1110-Torr的极高真空。
目前，真空技术在近代尖端科学技术中占有关键的地位。
实验原理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，其结构如图1 所示，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110-Pa。
(2)扩散泵一般多采用油扩散泵，其结构如图2 所示，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6.0Pa气压下才能工作。
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。
2-1 真空的获得与测量
专题实验2 真空技术与样品制备2.1 真空的获得与测量真空的获得（各种真空泵）和真空的测量（各种真空规管）是真空技术的基本部分。
在真空技术的发展过程中，这两个部分相互制约，有时又相互促进。
首先要获得一定程度的真空才能发展相应的测量手段；反之，如果没有可靠的真空测量手段也无法进一步改进真空泵的性能。
意大利物理学家托里拆利（Evangelista Torriclli）设计了有名的托里拆利实验，证明了真空的存在，并于1643年发明水银柱式气压计。
真空的单位Torr（托）就是用他的名字来命名的。
法国数学家、物理学家和哲学家布莱兹•帕斯卡（Blaise Pascal）发现了大气压强随高度变化的规律。
他不仅重复了托里拆利实验，而且证明了他自己的推论：既然大气压力是由空气重量产生的，那么在海拔越高的地方，玻璃管中的液柱就越短。
后人为纪念帕斯卡，就用他的名字来命名压强的单位Pa。
一、实验目的（1）掌握机械泵和油扩散泵的结构、工作原理及使用注意事项。
（2）掌握真空测量的基本方法及测量范围。
二、实验原理（1）真空度的单位及真空区域的划分真空度是对稀薄气体的一种客观量度，其高低用气体的压强表示。
KGMS制的压-强单位是Pa（帕），1 Pa = 1 N/m2，并有1 atm（标准大气压）＝101325 Pa。
常用的气压单位还有Bar（巴）和Torr，1 Bar = 105 Pa，1 atm ＝760 Torr。
于是1 Torr ≈ 133 Pa ＝1330 μBar。
表2.1.1给出了压强单位换算表。
表2.1.1 压强单位换算表1 Torr 1 μBar1mBar 1 Pa 1 atm1 Torr 1 1.33×103 1.33 1.33×102 1.32×10-31 μBa r 7.50×10-4 1 10-3 10-1 9.87×10-71 mBar 7.50×10-1103 1 102 9.87×10-41 Pa 7.50×10-310 10-2 1 9.87×10-66 35按气压范围可将真空划分为如下6个区域。
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摘要本实验利用机械泵和扩散泵来获得高真空状态，由复合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。
通过本实验我们了解了真空的获得与测量以及相关仪器的工作原理，掌握了初级真空、高真空的获得与测量的基本方法。
本实验重点就是注意事项，通过本次实验不仅仅掌握了本实验仪器的注意事项，并且了解了对于实验仪器的注意事项分析方法。
关键词机械泵，扩散泵，真空计，高真空正文1643年，意大利物理学家托里拆利(E.T orricelli)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。
目前，真空技术在近代尖端科学技术，如高能粒子加速器、大规模集成电路、表面科学、薄膜技术、材料工艺和空间技术等工作中都占有关键的地位，在一般工业生产中的应用则种类繁多，包括化学工业、医学工业、制盐制糖工业、食品工业、电子工业等。
一、原理简析及仪器设备简介真空状态下气体的稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。
真空度越高，气体压强越低，气体分子越稀少。
根据压强值的不同，大致可分为五个区域：粗真空760～10托，低真空10～10-3托，高真空10-3～10-8托，超高真空10-8～10-12托，极高真空小于10-12托。
（一）真空的获得实验中利用机械泵和扩散泵来获得高真空状态。
下面对它们进行一下简单的介绍。
1．机械泵机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空的泵。
机械泵目前常用的是旋片式机械泵。
使用机械泵时应注意：①应经常保持油位在油标线附近，以保持其良好的密封性。
②开启机械泵时，应保证电源之三相均有良好的电接触，应使转子转动方向与箭头方向一致(顺时针)，不得反转。
③保持泵内清洁，防止异物落入。
④泵运转过程中，操作者不得离开，一旦电源发生故障应及时处理。
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
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【实验装置】 FB7008A 型多功能微波等离子体装置(内置机械泵组,热偶真空计,电离真空 计)。
【实验步骤】 （1） FB7008A 实验装置设计了缺水保护装置,冷却系统缺水时，实验装置除 总电源开关，其他系统是无法启动的,这- -措施保证了仪器的使用安全。当首次 使用本仪器时，必须把冷却水水箱里加满冷却水。加水方法是:把小型专用潜水泵 放到盛水的容器里,水泵的出水皮管放到冷却水箱里,水泵的电源插头插到机箱内 的专用电源插座上,闭合仪器的电源总开关,潜水泵即开始工作,把水加入水箱中, 当水位到达目标位时,水箱浮子使水泵专用电源插座自动断电,水位指示灯亮。这 时候,再按下专用电源旁的按钮 5s 钟,再补充--些管路中需填充的冷却水。确保水 位符合要求。撤去潜水泵,盖好水箱盖子。接着可按下冷却键,3 min 后,制冷系统 自动开始工作。 （2） 检查确认真空气路的连接是否正常,确认气路连接正常后,进行下一步 操作。
表格 3 常用真空计和测量范围
真空计
测量范围/Pa
U 型汞压力计
101.325×103～133.322×10-1
油压力计
133.322×102～133.322×10-2
压缩真空计（麦氏真空计）
133.322×10-1～133.322×10-6
热偶规
133.322×10-1～133.322×10-3
（3） 按顺序依次打开总电源→冷却水→真空泵,机械泵开始抽本底真空。抽 气 5 min 后，打开热偶真空计,读取被抽容器的真空度并记录数据,每隔 30s 记录 一次数据;随着时间的增加,真空度变化越来越慢,可以适当延长两次数据记录的 时间间隔直至真空度达到 0.1kPa。
（4） 打开电离真空计,读取被抽容器的真空度并记录数据,每隔 30 s 记录 一次数据;随着时间的增加,真空度变化越来越慢,可以适当延长两次数据记录的 时间间隔直至真空度不再变化。
电离规
133.322×10-3～666.61×10-10
近代物理实验中真空的测量采用数显式电离真空计和热偶真空计联合作用, 用于测量本底真空和工作时的工作气压。
热偶真空计也叫热偶规,通常用来测量低真空,可测范围为 10~10-1Pa.它是利 用低压下气体的热传导与压强成正比的特点制成的。电离真空计也叫电离规,是根 据电子与气体分子碰撞产生电离电流随压强变化的原理制成的,测量范围为 101~10-6Pa。使用时特别注意,当压强高于 10-1Pa 或系统突然漏气时,电离真空计中的 灯丝会因高温很快被氧化烧毁.因此必须在真空度达到 10-1Pa 以上时,才能开始使 用电离真空计。为了使用方便,常把热偶真空计和电离真空计组合成复合真空计。
1
1.333
1mbar
100
0.75
1
1atm
1．013×105
760
1.013×103
标准大气压 9.87×10-6 1.316×10-3 9.87×10-4
1
在近代物理实验中通常根据真空度的获得和测量方法的不同，可将真空区域
划分为一下五个范围，见表 2.
Hale Waihona Puke 表格 2 真空区域划分真空区域 粗真空
低真空 高真空
明真空度越高。通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高。按照国际的 单位制（SI），压强单位是牛顿/米 2，称为帕斯卡，简称帕（Pa）。表 1 为不同压强
单位的转换标准。
表格 1 不同压强单位的转换比例
单位
帕/Pa
托/Torr
毫巴/mbar
1Pa
1
7.5×10-3
1×10-2
1Torr
133.3
超高真空
极高真空
范围 （Pa）
105～103
103～10-1 10-1～10-6
10-6～10-12
<10-12
抽气系统
机械泵 吸附泵
机械泵 吸附泵
扩散泵 分子泵
分子泵 低温泵 离子泵
测量仪器 U 型管压差计 电阻真空计 电离规 超高真空电离技
热偶真空计 潘宁规 真空技术，一般包括真空的获得、测量、检漏以及系统的设计与计算等。它已 发展成为一门独立的科学技术，广泛应用于科学研究、工业生产的各个领域中。对 真空技术的学习和充分掌握已成为一项重要的基本实验技能，以下我们将对真空 的获得与测量进行简要介绍。 为了获得真空，就必须设法将气体外子从容器中抽出。凡是能从容器中抽出气 体，使气体压强降低的装置均可称为真空泵，真空泵按其工作机理可分为排气型和 吸气型两大类，排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压 缩到排气口，而将气体排出泵体之外,如机械泵、扩散泵和分子泵等.吸气型真空泵 则是在封闭的真空系统中,利用各种表面吸气剂)吸气的办法将被抽空间的气体分 子长期吸着在吸气剂表面上,使被抽容器保持真空.如.吸附泵、离子泵和低温泵等。 近代物理实验中对于真空的要求是达到 低真空即可,设备采用的是 2XZ-2 型旋片式真 空泵,对密封腔体抽除气体而获得真空。旋片 式机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸 气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不 断膨胀从而获得真空的机械泵。其工作压强 最低能够达到 10-1Pa,属于低真空泵。它可以 单独使用，也可以作为其他高真空泵或超高 真空泵的前级泵。其主要结构和外形示意如 图 1 所示。 如图 1 所示，旋片式机械泵由定子、转子、 旋片、弹簧等组成，是一.种油封式机械真空 泵。定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气 图 1 旋片式机械泵机构图和外形示意图 管和出气阀门,转子顶端保持与空腔壁相接触,转子上开有槽,槽内安放了由弹簧 连接的两个刮板。当转子旋转时,两刮板的顶端始终沿着空腔的内壁滑动。整个空 腔放置在油箱内。工作时，转子带着旋片不断旋转,就有气体不断排出,完成抽气作 用。整个泵体必须浸没在机械泵油中才能工作,泵油起着密封润滑和冷却的作用。 测量低压下气体真空度的装置称为真空计。真空计的种类很多，根据气体产生 的压强、气体的枯滞性.动量转换率.热导率、电离等原理可制成各种真空计。由于 被测量的真空度范围很广,一般采用不同类型的真空计分别进行相应范围内真空 度的测量。常用的真空计和应用范国如表 3 所示。
【思考题】 1. 容器抽真空的时间与什么有关? 2. 为什么测量真空度时要先打开热偶真空计?先打开电离真空计可能会出现 什么结果? 3. 本次实验容器达到的真空度属于什么真空范围？
近代物理实验预习报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：□验证□综合□设计□创新 实验日期：
实验成绩：
真空的获得与测量
【实验目的】 1. 了解真空技术基础。 2. 利用机械泵组获得真空，并使用符合真空计测量被抽容器所能达到的真空 度。
【实验原理】
空气度是对空气稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数较少，表
（5） 停止真空度测量,按以下顺序关闭实验装置:先关闭机械泵;再关闭冷 却水电源开关;关闭总电源开关。打开被抽容器的手动放气阀。
【注意事项】 旋片式机械泵可在大气压下启动正常工作，使用时必须注意以下几点: (1)启动前先检查油槽中的油液面是否达到规定的要求，机械泵转子转动方向 与泵的规定方向是否符合(否则会把泵油压人真空系统)。 (2)机械泵停止工作时要立即让进气口与大气相通,以清除泵内外的压差,防 止大气通过缝隙把泵内的油缓缓地从进气口倒压进被抽容器(“回油”现象)。这一 操作一般都由与机械泵进气口，上的电磁阀来完成，当泵停止工作时,电磁阀自动 使泵的抽气口与真空系统隔绝,并使泵的抽气口接通大气。 (3)泵不宜长时间抽大气,否则因长时间大负荷工作会使泵体和电动机受损。