仿真实验报告-真空实验

10 20232023_12_月_5_日第 15_周星期_一_上午□下午√大学物理仿真试验报告真空试验专业班级：测控1001姓 名：王杰学 号：202348770114真空试验一、试验目的1、学会用机械泵获得低真空以及观测不同真空度时辉光放电现象；2U型计和热偶计测量真空以及用定容法测量机械泵的有效抽速。二、试验原理真空技术的根本概念真空：低于一个大气压的气体状态。1643(E.Torricelli)首创著名的大气压试验，获得真空。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。真空量度单位：1标准大气压=760mmHg=760(Torr)Pa1Torr=133.3Pa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—103Pa103—10-1Pa10-1—10-6Pa

10-6—10-10Pa<10-10Pa真空获得—真空泵1654年，德国物理学家葛利抑制造了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。原理：当泵工作后，形成压差，p1>p2，实现了抽气。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到达抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油集中泵、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、分散在泵内外表的真空泵，例如分子筛吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。真空泵的主要参数(1)S〔抽气速率：定义为在泵的进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内的气体体积,或表示为：其中，QS并不是常数，随P而变。极限压强Pu (极限真空)Pm工作压强范围〔Pu-P：泵能正常工作的压强范围旋片机械泵105—10-2Pa吸附泵105—10-2Pa集中泵100—10-5Pa涡轮分子泵101—10-8Pa溅射离子泵100—10-10Pa低温泵10-1—10-11Pa几种常用真空泵的工作原理旋片机械泵工作过程是：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。主要参量是：抽速和极限压强。由于极限压强较高，常用做前级泵(预抽泵)。油集中泵工作原理是：油蒸发—喷射—分散，重复循环由于射流具有工作过程高流速(约200米/秒)(300—500)，故能有效地带走气体分子。集中泵不能单独使用，一般承受机械泵为前级泵，以满足出口压强(最大40Pa)，假设出口压强高于规定值，抽气作用就会停顿。真空测量(1)U水银U型压力计构造简洁，无需校准，可以在气压不太低时使用。一般压力计〔低于Pa〕的测量，油压力计比水银压力计更准确，由于油的密度低得多。确定压力由下式给出式中h是油压力计的读数。(2).高频电火花真空测定仪〔又叫检漏仪〕〔又叫检漏仪〕是一种粗略测量玻璃真空系统的仪器，G，当产生击穿放电时，将高断变化，从放电颜色可粗略地估量真空系统的气压。随着真空度的提高，容器内的剩余气体分子渐渐削减,由于机械泵对各种气体的抽气速率不同，剩余气体中各种气体成分的比例随着气压的降低而变化。当对玻璃容器加一高压时，容器中的游离电子〔宇宙射线产生〕被加速与气体分子碰撞，当电子的能量足够大时，使气体分子电离，电离产生的次级电子再被电场加速与气体分子碰撞，再使气体分子电离，正负离子复合过程会有光子释放，即产生辉光放由于各种气体的电离电位不同，在复合过程中释出的光子频率不同，即辉光放电的颜色也不同，依据颜色变化可大致推断真空度的量级。定容法测机械泵的有效抽速v,气体压强为p,容器内的气体总量为pv。s,则单位时间抽出的气体量等于气体总量的削减，即由s的表达式可看出，随着气压p的降低，有效抽速s也越来越小，到达极限压强时，即ps0。由试验可知，气压p105—103Pa之间，s是常量。热偶真空计(热传导真空计)热偶真空计是一种热传导真空计。热偶真空计的原理是利用在低气压下气体的热导率与压C、D及ABCDABE由外接毫伏计读出电压上升，压强与热电动势并非线性关系，以下图给出了热偶计刻度曲线。—10-1Pa这是由于当压强更低时，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局部不再与压强有关，因此就到达了测量下限。输出电压增加。三、试验仪器空测定仪、U型计、旋片式机械泵、计时系统组成。四、试验步骤及结果1、调整热偶真空计至测量状态2U型压力计通气，待水银柱稳定后关闭总通气孔3、翻开气泵电源开关抽气，同时开启计时系统每隔10s记录一次，当U型压力计示数稳定后，热偶真空计指针开头变化，此时留意观看高频电火花真空测定仪放电辉光的变化状况4、计时自动停顿后，先关闭U型压力计气孔，后关断气泵电源开关，最终翻开总通气孔通气5、记录试验结果。p-t曲线为：试验成绩为：五、思考题高频电火花真空测定仪可检测的真空度范围是〔〕〔a〕103—10-1Pa 〔b〕任何真空度 〔c〕102—10-2Pa热偶真空计的测量下限为10-1Pa，缘由是〔〕〔a〕热电偶的性能 〔b〕热丝电流饱和 〔c〕热丝引线的热传导和热辐