Измерение общего давления




Тема 1. Основы вакуумной техники

Основы физики вакуума (равновесная газовая среда)

Распределение Максвелла

 
 

(1.1)

где

(1.2)
 
(1.3)

где

(1.4)

Распределения частиц по скоростям и энергиям

(1.5)
(1.6)

 

. (1.7)

где

. (1.8)

Макроскопические характеристики газовой среды

(1.9)
(1.10)
(1.11)
(1.12)
(1.13)
 

Для N 2 при T = 273 K: 402, 453 и 492 м/с.

Потоки в газе

Плотность величины АAn

Плотность потока величины А

Таблица 1
Характеристика газовой среды Физическая величина
Масса Импульс Энергия
Плотность r = nm
Плотность потока

 

1. Перенос массы (плотность потока массы)

 
 

(1.14)

Поток газа на стенку в м–3/c: для атм. воздуха при T = 298 К и p = 105 Па

n = 2.7×1025 м–3, » 450 м/с

J w = 3.0×1027 м–2×с–1, V w» 110 м3/(м2×с).

2. Перенос энергии

Средняя энергия частицы

(1.15)

Плотность потока энергии

 

 

3. Перенос импульса (плотность потока импульса)

(1.16)

 
 

,

 

(1.17)
(1.18)
P = 1/3(P 1 + P 2 + P 3) = nkT (1.19)

Распределение Больцмана

(1.20)
(1.21)

 

(1.22)
(1.23)

Распределение Максвелла–Больцмана

(1.24)
(1.25)
(1.26)
(1.27)

Средняя длина свободного пробега частицы

(1.28)

 

 

 
(1.29)
(1.30)
 
(1.31)
(1.32)

 

(1.33)
Степени вакуума Kn
Низкий «1
Средний ≈ 1
Высокий » 1
  Сверхвысокий » 1, θ < R 0
     

Вязкость (перенос импульса)

 
 

(1.34)
(1.35)
(1.36)

 

(1.37)

 

Теплопроводность (перенос энергии)

 
 

(1.38)
(1.39)

 

 

(1.40)
(1.41)
(1.42)

Диффузия (перенос массы)

(1.43)
(1.44)

 

 

(1.45)

 

 

 
 

 

Режимы течения газа

 

, м3 Па/c (1.46)
, м3/c  

Поток может носить вязкостный (ламинарный), молекулярный или промежуточный характер. Критерий Kn:

Степени вакуума Kn
Низкий «1
Средний ≈ 1
Высокий » 1

 

Проводимость элементов вакуумной системы

 
 

1.3.1. Вязкостный режим

Уравнение Пуазейля:.

(1.47)
(1.48)
(1.49)

Для воздуха.

(1.50)

Молекулярный режим

(1.51)
(1.52)

При A (x) =const, H (x) = const

(1.53)

Для цилиндрическойтрубы

(1.54)

Промежуточный режим

(1.55)

 

(1.56)

 
 

1.4. Основное уравнение вакуумной техники

 
 

S 0 = dV 1/ dt = Q / p 13 (1.57)
S эф = dV 2/ dt = Q / p 23 (1.58)
1/ S эф – 1/ S 0 = 1/ U (1.59)
S эф < S 0  

 

Откачка вакуумного объема

 

 
 

 

d (pV)/ dt = Q вхQ вых (1.60)
Vdp/dt = Q вхS эф p 2. (1.61)

Начальное условие. p (0) = p 0:

(1.62)
(1.63)

 

Вакуумные насосы

По назначению:

– низковакуумные (102…104) Па;

– среднего вакуума (10-1…102) Па;

– высоковакуумные (10-10…10-1) Па.

По принципу действия:

– механические (объемные и молекулярные);

– струйные;

– электрофизические;

– сорбционные.

 

 

Основные параметры:

 
 

– номинальная быстрота действия S 0;

– предельное давление p пр;

– наимененьшее рабочее давление p мин, при котором S = S 0;

– наибольшее рабочее давление p макс, при котором S = S 0;

– давление запуска p зап;

– наибольшее выпускное давление p вып

– эффективная быстрота действия S эф

– коэффициент использования:

(1.64)

– производительность насоса:

(1.65)

 

Объемная откачка

 

Удаление газа из вакуумной камеры за счет циклического изменения объема камеры насоса.

цикл I (0– t 1) – объем камеры увеличивается, всасывание в нее газа, давление сохраняется на уровне минимального значения p пр;

цикл II (t 1t 2) – объем камеры уменьшается, сжатие газа, давление возрастает до атмосферного p а;

цикл III (t 2t 3) – выброс газа в атмосферу. За полный оборот ротора в каждой из двух камер происходят все три цикла.

 
 

Молекулярная откачка

 
 

Удаление газа из вакуумной камеры с помощью движущейся поверхности.

Условия:

u ст > ;

– малые зазоры (менее 0.1 мм), чтобы уменьшить обратное перетекание газа;

– молекулярный режим течения газа в канале

Предельное давление:

(1.66)

где U к – проводимость канала ~ ; S max – максимальная быстрота действия ~ u ст.

Для понижения p пр: T ↓, u ст ↑, p 1

 
 


Другой вариант:

Проводимость наклонного канала в движущейся стенке зависит от направления течения газа:

1) p 1 > p 2.

2) P лев > P пр = f (α, u ст)

Предельное давление:

(1.67)

 
 

где P 12– вероятность попадания молекулы газа в канал, падающей на стенку справа.

 

Струйная откачка

1.6.4. Физические методы откачки

1. Хемосорбция на пленках активных металлов (Ti, Zr, Ta и др.)

Теплота сорбции газов на титане в кДж/моль

H2 CO N2 O2 CO2 Ar Kr Xe
19.3         8.38 16.8 35.5

2. Ионная откачка

3. Ионно-сорбционная откачка

4. Магниторазрядная откачка

5. Криогенная откачка

а) криоадсорбция: S 0 = 0.002–0.01 м3/с, p пр = 10–2– 1 Па

б) криоконденсация: S 0 = 0.025–4.1 м3/с, p пр = 10–10– 10–8 Па

Измерение давления

Измерение общего давления

Вакуумметр

Тепловой вакуумметр

(1.68)

 

(1.69)

 

(1.70)

 

 

(1.71)
(1.72)

 

Газ N2 O2 Ar H2O H2 He
qi 1.06 1.06 1.08 0.63 0.274 0.57

 

Термопарный вакуумметр

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: