真空概念及真空計(jì)算公式

　　1、真空的定義

　　真空系統(tǒng)指低于該地區(qū)大氣壓的稀簿氣體狀態(tài)

　　2、真空度

　　處于真空狀態(tài)下的氣體稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”來(lái)表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。

　　3、真空度單位

　　通常用托(Torr)為單位，近年國(guó)際上取用帕(Pa)作為單位。

　　1托=1/760大氣壓=1毫米汞柱

　　4、托與帕的轉(zhuǎn)換

　　1托=133.322帕　或　1帕=7.5×10-3托

　　5、平均自由程

　　作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的氣體粒子，相繼兩次碰撞所飛越的平均距離，用符號(hào)“λ”表示。

　　6、流量

　　單位時(shí)間流過(guò)任意截面的氣體量，符號(hào)用“Q”表示，單位為帕·升/秒(Pa·L/s)或托·升/秒(Torr·L/s)。

　　7、流導(dǎo)

　　表示真空管道通過(guò)氣體的能力。單位為升/秒(L/s)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，管道流導(dǎo)等于管道流量除以管道兩端壓強(qiáng)差。

　　符號(hào)記作“U”。 　　U=Q/(P2- P1)

　　8、壓力或壓強(qiáng)

　　氣體分子作用于容器壁的單位面積上的力，用“P”表示。

　　9、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

　　壓強(qiáng)為每平方厘米101325達(dá)因的氣壓，符號(hào)：(Atm)。

　　10、極限真空

　　真空容器經(jīng)充分抽氣后，穩(wěn)定在某一真空度，此真空度稱為極限真空。通常真空容器須經(jīng)12小時(shí)煉氣，再經(jīng)12小時(shí)抽真空，最后一個(gè)小時(shí)每隔10分鐘測(cè)量一次，取其10次的平均值為極限真空值。

　　11、抽氣速率

　　在一定的壓強(qiáng)和溫度下，單位時(shí)間內(nèi)由泵進(jìn)氣口處抽走的氣體稱為抽氣速率，簡(jiǎn)稱抽速。即Sp=Q/(P-P0)

　　12、熱偶真空計(jì)

　　利用熱電偶的電勢(shì)與加熱元件的溫度有關(guān)，元件的溫度又與氣體的熱傳導(dǎo)有關(guān)的原理來(lái)測(cè)量真空度的真空計(jì)

　　13、電離真空計(jì)(又收熱陰極電離計(jì))

　　由筒狀收集極，柵網(wǎng)和位于柵網(wǎng)中心的燈絲構(gòu)成，筒狀收集極在柵網(wǎng)外面。熱陰極發(fā)射電子電離氣體分子，離子被收集極收集，根據(jù)收集的離子流大小來(lái)測(cè)量氣體壓強(qiáng)的真空計(jì)。

　　14、復(fù)合真空計(jì)

　　由熱偶真空計(jì)與熱陰極電離真空計(jì)組成，測(cè)量范圍從大氣~10-5Pa。

　　15、冷陰極電離計(jì)

　　陽(yáng)極筒的兩端有一對(duì)陰極板，在外加磁場(chǎng)作用，陽(yáng)極筒內(nèi)形成潘寧放電產(chǎn)生離子，根據(jù)陰極板收集的離子流的大小來(lái)測(cè)定氣體壓強(qiáng)的真空計(jì)。

　　16、電阻真空計(jì)

　　利用加熱元件的電阻與溫度有關(guān)，元件的溫度又與氣體傳導(dǎo)有關(guān)的原理，通過(guò)電橋電路來(lái)測(cè)量真空度的真空計(jì)。

　　17、麥克勞真空計(jì)(壓縮式真空計(jì))

　　將待測(cè)的氣體用汞(或油)壓縮到一極小體積，然后比較開(kāi)管和閉管的液柱差，利用玻義爾定律直接算出氣體壓強(qiáng)的一種絕對(duì)真空計(jì)。

　　18、B-A規(guī)

　　這是一種陰極與收集極倒置的熱陰極電離規(guī)。收集極是一根細(xì)絲，放在柵網(wǎng)中心，燈絲放在柵網(wǎng)外面，因而減少軟X射線影響，延伸測(cè)量下限，可測(cè)超高真空。

　　19、水環(huán)真空泵

　　泵的葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生水環(huán)。由于轉(zhuǎn)子偏心旋轉(zhuǎn)而使水環(huán)與葉片間容積發(fā)生周期性改變而進(jìn)行抽氣的機(jī)械真空泵。

　　20、往復(fù)真空泵

　　利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行抽氣的機(jī)械真空泵。

　　21、油封機(jī)械真空泵

　　用油來(lái)保持密封的機(jī)械真空泵，可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式等。

　　22、羅茨真空泵

　　具有一對(duì)同步高速旋轉(zhuǎn)的鞋底形轉(zhuǎn)子的機(jī)械真空泵，此泵不可以單獨(dú)抽氣，前級(jí)需配油封、水環(huán)等可直排大氣的真空泵。

　　23、渦輪分子真空泵

　　有一高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，當(dāng)氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片相碰撞時(shí)就被驅(qū)向出氣口再由前級(jí)泵抽除。

　　24、油擴(kuò)散真空泵

　　擴(kuò)散泵噴口中噴出高速蒸汽流。在分子流條件下，氣體分子不斷地向蒸流中擴(kuò)散，并被蒸汽帶向泵出口處逐級(jí)被壓縮后再由前級(jí)泵排除

　　25、低溫真空泵

　　利用20K以下的低溫表面凝聚吸附氣體的真空泵。

　　26、冷阱(水冷擋板)

　　置于真空容器和泵之間，用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置。

　　27、氣鎮(zhèn)閥

　　油封機(jī)械真空泵的壓縮室上開(kāi)一小孔，并裝上調(diào)節(jié)閥，當(dāng)打開(kāi)閥并調(diào)節(jié)入氣量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一位置，空氣就通過(guò)此孔摻入壓縮室以降低壓縮比，從而使大部分蒸汽不致凝結(jié)而和摻入的氣體一起被排除泵外起此作用的閥門稱為氣鎮(zhèn)閥。

　　28、真空冷凍干燥

　　真空冷凍干燥，也稱升華干燥。其原理是將材料冷凍，使其含有的水份變成冰塊，然后在真空下使冰升華而達(dá)到干燥目的。

　　29、真空蒸鍍

　　在真空環(huán)境中，將材料加熱并鍍到基片上稱為真空蒸鍍，或叫真空鍍膜。

　　30、真空干燥

　　利用真空環(huán)境下沸點(diǎn)低的特點(diǎn)來(lái)干燥物品的方法。

　　31、真空系統(tǒng)常用名稱

　　(1)主泵：在真空系統(tǒng)中，用于獲得所需要真空度來(lái)滿足特定工藝要求的真空泵，如真空鍍膜機(jī)中的油擴(kuò)散泵就是主泵。

　　(2)前級(jí)泵：用于維持某一真空泵前級(jí)壓強(qiáng)低于其臨界前級(jí)壓強(qiáng)的真空泵。如羅茨泵前配置的旋片或滑閥泵就是前級(jí)泵。

　　(3)粗抽泵：從大氣壓下開(kāi)始抽氣，并將系統(tǒng)壓力抽到另一真空泵開(kāi)始工作的真空泵。如真空鍍膜機(jī)中的滑閥泵，就是粗油泵。

　　(4)維持泵：在真空系統(tǒng)中，氣量很小時(shí)，不能有效地利用前級(jí)泵。為此配置一種容量較小的輔助泵來(lái)維持主泵工作，此泵叫維持泵。如擴(kuò)散泵出口處配一臺(tái)小型旋片泵，就是維持泵。

　　真空計(jì)算公式

　　1、玻義爾定律

　　體積V，壓強(qiáng)P，P·V=常數(shù)

　　一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度不變時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與氣體的體積成反比。

　　即P1/P2=V2/V1

　　2、蓋·呂薩克定律

　　當(dāng)壓強(qiáng)P不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，其體積V與絕對(duì)溫度T成正比：

　　V1/V2=T1/T2=常數(shù)

　　當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或P降低)1℃，則它的體積比原來(lái)增加(或縮小)1/273。

　　3、查理定律

　　當(dāng)氣體的體積V保持不變，一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)P與其絕對(duì)溫度T成正比，即：

　　P1/P2=T1/T2

　　在一定的體積下，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或降低)1℃，它的壓強(qiáng)比原來(lái)增加(或減少)1/273。

　　4、平均自由程：

　　λ=(5×10-3)/P (cm)

　　5、抽速：

　　S=dv/dt (升/秒)或 S=Q/P

　　Q=流量(托·升/秒) P=壓強(qiáng)(托)　　V=體積(升) t=時(shí)間(秒)

　　6、通導(dǎo)：

　　C=Q/(P2-P1) (升/秒)

　　7、真空抽氣時(shí)間：

　　對(duì)于從大氣壓到1托抽氣時(shí)間計(jì)算式：

　　t=8V/S (經(jīng)驗(yàn)公式)

　　V為體積，S為抽氣速率，通常t在5~10分鐘內(nèi)選擇。

　　8、維持泵選擇：

　　S維=S前/10

　　9、擴(kuò)散泵抽速估算：

　　S=3D2 (D=直徑cm)

　　10、羅茨泵的前級(jí)抽速：

　　S=(0.1~0.2)S羅 (l/s)

　　11、漏率：

　　Q漏=V(P2-P1)/(t2-t1)

　　Q漏-系統(tǒng)漏率(mmHg·l/s)

　　V-系統(tǒng)容積(l)

　　P1-真空泵停止時(shí)系統(tǒng)中壓強(qiáng)(mmHg)

　　P2-真空室經(jīng)過(guò)時(shí)間t后達(dá)到的壓強(qiáng)(mmHg)

　　t-壓強(qiáng)從P1升到P2經(jīng)過(guò)的時(shí)間(s)

　　12、粗抽泵的抽速選擇：

　　S=Q1/P預(yù) (l/s)

　　S=2.3V·lg(Pa/P預(yù))/t

　　S-機(jī)械泵有效抽速

　　Q1-真空系統(tǒng)漏氣率(托·升/秒)

　　P預(yù)-需要達(dá)到的預(yù)真空度(托)

　　V-真空系統(tǒng)容積(升)

　　t-達(dá)到P預(yù)時(shí)所需要的時(shí)間

　　Pa-大氣壓值(托)

　　13、前級(jí)泵抽速選擇：

　　排氣口壓力低于一個(gè)大氣壓的傳輸泵如擴(kuò)散泵、油增壓泵、羅茨泵、渦輪分子泵等，它們工作時(shí)需要前級(jí)泵來(lái)維持其前級(jí)壓力低于臨界值，選用的前級(jí)泵必須能將主泵的最大氣體量排走，根據(jù)管路中，各截面流量恒等的原則有：

　　PnSg≥PgS 或

　　Sg≥Pgs/Pn

　　Sg-前級(jí)泵的有效抽速(l/s)

　　Pn-主泵臨界前級(jí)壓強(qiáng)(最大排氣壓強(qiáng))(l/s)

　　Pg-真空室最高工作壓強(qiáng)(托)

　　S-主泵工作時(shí)在Pg時(shí)的有效抽速。(l/s)

　　14、擴(kuò)散泵抽速計(jì)算公式：

　　S=Q/P=(K·n)/(P·t)(升/秒)

　　式中：S-被試泵的抽氣速率(l/s)

　　n-滴管內(nèi)油柱上升格數(shù)(格)

　　t-油柱上升n格所需要的時(shí)間(秒)

　　P-在泵口附近測(cè)得的壓強(qiáng)(托)

　　K-滴管系數(shù)(托·升/秒)

　　K=V0·(L/n)·(Υ0/Υm)+Pa△Vt

　　其中V0-滴管和真空膠管的原始容積(升)

　　L-滴管刻度部分的長(zhǎng)度(mm)

　　n-滴管刻度部分的格數(shù)(格)

　　Υ0-油的比重(克/厘米3)

　　Υm-汞的比重(克/厘米3)

　　Pa-當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)(托)

　　△Vt-滴管的刻度上的一格的對(duì)應(yīng)的容積(升/格)

　　15、旋片真空泵的幾何抽速計(jì)算公式：

　　S=πZnLKv(D2-d2)/(24×104) (l/s)

　　式中：Z為旋片數(shù)，n為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)，L為泵腔長(zhǎng)度，D為泵腔直徑，d為轉(zhuǎn)子直徑(cm)，Kv為容積利用系數(shù)(一般取95%)。

　　16、O型橡膠槽深B=0.7D

　　D為橡膠直徑，槽寬C=1.6B

　　17、方形橡膠槽深B=0.8A

　　A為方形橡膠邊長(zhǎng)，槽寬C=1.67B