近代物理實驗實驗報告
實驗課題：真空的獲得與測量
班級：物理學061
姓名：任軍培
學號：06180130
指導老師：方允樟
2023年12月5日
摘要：本文主要介紹了真空技術的基本知識，重點介紹真空的獲得與測量的基本原理及方法，通過本文，可以對真空技術有乙個基本的認識。
關鍵詞：真空技術；真空汞；真空計
引言：低於乙個大氣壓的氣體存在狀態稱為真空狀態，真空程度簡稱真空度。某空間真空度愈高，意味著其間壓強愈低，氣體分子密度愈小。真空度以壓強為計量單位()。
根據不同壓強下氣體的不同性質及使用方便，通常將真空範圍劃分為段（如下表)。
真空技術主要包括真空獲得、測量及檢漏。對於不同的真空範圍，分別採用不同的儀器裝置。本實驗用機械幫浦與擴散幫浦串聯而成的高真空機組來獲得真空，由復合真空計測量被抽容器所能達到的真空度。
高頻火花探漏器可用以判斷非金屬部件是否漏氣，並可粗略地估計一定的真空範圍。
正文：目前，在實驗室中廣泛使用著機械幫浦、油擴散幫浦來獲得真空。機械幫浦是利用機械旋轉造成吸氣和排氣過程，以獲得真空。
常用的是旋片式機械幫浦，它的主要結構見圖4-1-1，油擴散幫浦是利用氣體的擴散性質製作的，結構原理見圖4-1-2
測量真空度的裝置或儀器叫真空計。通過使用真空計，我們才能知道需要的真空度是否達到了。但是，真空度的範圍是很寬的，達十幾個數量級，不可能由乙個或一種真空計完成這樣大範圍的真空度測量，所以，各種真空計都有乙個測量範圍，將有範圍覆蓋的各種真空計組合起來，完成大範圍的真空度測量。
下面介紹常用的幾種真空計。
熱電偶真空計是利用氣體分子的熱傳導性質，通過熱電偶產生的電動勢來測量真空的。熱電偶真空計的原理見圖4-1-3，在恆定的電流下，加熱絲的溫度高低取決於玻璃殼內的氣體壓強（即真空度），壓強越大，氣體傳導熱量越多，加熱絲的溫度越低，毫伏表測量出的熱電動勢越小。。但是，氣體的壓強與毫伏表的讀數之間的關係是很複雜的，不能直接計算，只能用絕對壓強計（絕對真空計）校準，校準曲線用圖4-1-4表示。
熱電偶真空計的測量範圍是10 ~ 10-1pa。
電離真空計由電離規管和測量電路組成，電離規管類似於乙個電子三極體，由陰極（燈絲）、柵極和板極（收集極）組成，其結構見圖4-1-5，圖4-1-6是電離規管和測量電路的連線方法。板極電流的大小取決於電子在陰極和柵極之間碰撞分子使其電離的數目，該數目正比於氣體的濃度即氣體的壓強。普通電離真空計的測量範圍是10-1 ~ 10-6pa，經改進，電離真空計能測量到10-11pa。
高真空機組簡介
由真空幫浦、真空計、真空閥門及冷阱等真空元件，通過真空連線管道，依照恰當的方式組合起來，能夠獲得一定真空度的裝置或裝置，統稱真空系統。金屬真空系統又稱真空機組。真空閥門是用以開啟或截斷某氣流通路的開關元件。
冷阱是以冷凝劑造成冷壁，以捕集有害氣體，提高真空度或保持真空室清潔的元件。
本實驗採用-9或-200a兩種型號的高真空機組。二者僅抽氣速率不同，結構組成及其他效能均相同，如圖29-6所示。其中，、分別為機械幫浦及擴散幫浦；、為熱偶規管；用以監視擴散幫浦的預真空；及電離規管用以測量被抽容器的真空度；為充氣閥；為電磁三通閥，機械幫浦運轉時自動至（）向，對系統抽氣；停止工作時又自動至（）向，機械幫浦入口通大氣，以防止返油；為拉桿式三通閥，推進閥桿至（）向，可使機械幫浦與擴散幫浦串通，拉出閥杆至（）向，使機械幫浦直接串通被抽容器；為高真空閥，可使被抽容器與擴散幫浦接通或隔離；為儲氣桶，當機械幫浦需要停歇時，擴散幫浦排出的氣體可以暫時儲存在其中；及等為真空連線管道。
操作步驟
（１）一般情況下，機組應長期保持低真空，此時欲使機組運轉，步驟如下：
①開機準備：關閉，開啟，處（）位置（即閥杆推進）；
②接通機械幫浦電源，用熱偶計規管測預真空；
③時，接通冷卻水、擴散幫浦電爐電源，記下時間；並改用規管測量之真空度；
④約分鐘後，即當時，開啟電離規管燈絲預熱，並測量真空度；
⑤若真空度不能在預期時間內到達，應以高頻火花探漏器或配合滴抹乙醇、丙醇等方法檢漏；
⑥時，對電離規管柵極去氣；直至抽到可以進行真空工作所要求的真空度，或至機組的極限真空。
*（２）當擴散幫浦連續工作，而被抽容器又需暴露大氣時，應繼續如下步驟：
①關閉電離規管燈絲開關及高真空閥，改用規管測真空，以監視擴散幫浦的出口壓強；
②拉出之閥杆，使處（）位置，切斷機械幫浦電源；
③開啟充氣閥，對被抽容器充氣（不應影響熱偶規管之指示，如有影響，則說明密封不嚴，此時不能進行此項操作！），開啟被抽容器進行必要的操作；
④操作完畢後，恢復其密封狀態，並關閉閥；
⑤接通機械幫浦電源，改以管測預真空；
⑥後，將之閥杆推進，使處（）位置，同時開啟高真空閥；
⑦約待分鐘，後，以電離真空計每隔15秒測量高真空，資料如下。
（３）工作結束時，停機步驟如下：
①先關斷復合真空計電源，再關閉高真空閥，最後切斷擴散幫浦電爐電源；
②待擴散幫浦冷卻後（表面至以下），切斷機械幫浦電源，關掉冷卻水。停機械幫浦時應注意電磁閥是否動作（即自動使機械幫浦進口通大氣）！
注意事項：
1. 等電離真空計顯示真空度高於0.1pa的時候，開啟燈絲；開啟燈絲過程中，留意真空計，確保油擴散幫浦工作正常；在真空抽成後，首先關閉燈絲。
2. 等真空計顯示真空度高於6.8pa時，開啟高真空蝶閥；在工作過程中，還是要留意真空計示數；在燈絲關閉後，第二步就關高真空蝶閥。
3. 在油擴散幫浦開關插上前，開啟自來水開關，保證冷卻水通入；在通水過程中，保證水流有效；在最後，等油擴散幫浦冷卻後，關閉自來水開關。
使用機械幫浦時應注意：
①應經常保持油位在油標線附近，以保持其良好的密封性。
②開啟機械幫浦時，應保證電源之三相均有良好的電接觸，應使轉子轉動方向與箭頭方向一致(順時針)，不得反轉！
③保持幫浦內清潔，防止異物落入。
④幫浦運轉過程中，操作者不得離開，一旦電源發生故障應及時處理。
⑤機械幫浦停止工作時，必須保持其進氣口與大氣相通，防止返油事故的發生！
使用擴散幫浦時應注意：
①由流體連續性原理可知，其前置機械幫浦的抽速必須保證能夠及時排走擴散幫浦所排出的氣體。若擴散幫浦及機械幫浦入口壓強分別為及，抽速分別為及，則應滿足
②擴散幫浦工作時，冷卻水必須暢通（流量約），以確保幫浦壁的冷凝效果。
③啟動前，必須滿足擴散幫浦的預真空條件：。
④擴散幫浦的加熱功率應適當，否則，將影響其抽速及極限真空。本實驗所用擴散幫浦分別為或。
⑤擴散幫浦運轉過程中，如遇到漏氣、停電等，應及時妥善處理，順序為：關閉電離規管燈絲，關斷高真空閥，切斷加熱電源，移開加熱電爐及強迫風冷等。
⑥擴散幫浦停止工作時，必須待油冷卻（）約後方可關掉前級幫浦及冷卻水，但仍需保持一定的真空狀態。
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