тмиэт / тмиэт / Лабы / Лабы-20210311T133815Z-001 / Защита 2 / 7201_LAB_2
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ФЭТ
отчет
по лабораторной работе №2
по дисциплине «Технологии Материалов и Элементов Электронной техники»
Тема: ИЗУЧЕНИЕ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Студенты гр. 7201 |
|
Векленко Д. Казмаджи А. Кушнерев А. Ле Д.З. Лукпанов Т. Морозов Д. Пастушенко И. Семирякова А. Сикалов Д. Станчев Г. Степанов М. Степнов Д. Тихоласов А. Шапошников В. Шурыгин А. Яковенко Е. |
Преподаватель |
|
Никитин А.А. |
Санкт-Петербург
2020
Цели работы
1. Изучение вакуумных насосов и вакуумметров;
2. Изучение вакуумной системы технологической установки;
3. Приобретение практических навыков работы с вакуумной системой;
4. Приобретение практических навыков экспериментального определения быстроты откачки вакуумной камеры.
Основные теоретические положения
Объемные вращательные и пароструйные насосы
Установка оснащена пластинчато-роторным (объемный вращательный) и диффузионным (пароструйный) насосами, принцип действия которых можно изучать по схематическому изображению (рис. 1).
В пластинчато-роторном насосе (рис. 1, а) ось вращения ротора 1 смещена относительно оси статора 2. Пластины 3 скользят по внутренней поверхности статора, образуя две камеры 4 и 5. Поток газа 6 из откачиваемого объема через входной патрубок 7 поступает в открытую для него камеру насоса. Далее газ за счет уменьшения объема этой камеры сжимается. Когда давление в ней превысит атмосферное, произойдет выброс газа через клапан 8 и выходной патрубок 9.
Рис. 1 – Схематическое изображения насосов:
а – пластинчато-роторного; б - диффузионного
В состоянии, показанном на рисунке 1, а, камера 4 заполнена газом и в ней начинается сжатие. В камере 5 завершается выброс газа. В области входного отверстия видно зарождение новой камеры, в которую начинает поступать газ из откачиваемого объема. Особенностью насосов этого типа является то, что вакуумное уплотнение статора обеспечивается вакуумным маслом 10.
Диффузионный насос (рис. 1, б) выполнен в виде открытого сверху цилиндра, в который поступает газ 2 из откачиваемого объема. На дно насоса налита вакуумная жидкость 3, которую доводят до кипения, создавая тем самым поток пара. Паропровод 5 с крышкой формирует сверхзвуковой поток пара 4. Газовые молекулы за счет диффузии попадают в паровой поток, где приобретают дополнительный импульс в направлении выходного патрубка 6. Диффузионный насос непрерывно откачивается через патрубок 6 насосом предварительного разрежения. Пар конденсируется, попадая на стенку, которую охлаждает холодильник 7, и стекает на дно насоса.
Термопарный и ионизационный вакуумметры
Термопарный вакуумметр (рис. 2) служит для проведения измерений в низком и среднем вакууме. Это устройство с 4-мя выводами. 2 вывода подключены к вольфрамовой нити, которая нагревается. Еще два контакта это - термопара. Т.к. у нас меняется давление, теплоотвод от вольфрамовой проволочки изменятся. Чем меньше давление, тем меньше частиц переносят энергию и нагрев становится сильней. И на паре возникает большее значение термоэдс. В области давлений, при которых средняя длина свободного пробега молекул газа меньше поперечных размеров баллона преобразователя, теплопроводность газа прямо пропорциональна давлению, а температура нити накала обратно пропорциональна давлению газа из-за охлаждающего действия газа на нить.
Ионизационный вакуумметр (рис. 3) применяют для измерения давления в высоком вакууме. Он также имеет 3 вывода. Один вывод катод, второй анод, третий – коллектор ионов. Накаливая катод, происходит эмиссия электронов, которые вылетают с катода. В этом объеме пролетающих электронов подведён газ, который ионизируется. На коллекторе подано отрицательное напряжение и ионизированный газ попадает на коллектор ионов. С помощью чего измеряется количество частиц в газе.
Эмитируемые накаленным катодом электроны под действием ускоряющего электрического поля устремляются по направлению к сетке, создавая в ее цепи электронный ток. Отметим, что ввиду большого шага сетки не все электроны сразу попадают на сетку, значительная их часть пролетает между ее витками в пространство между сеткой и коллектором ионов, и в основном здесь происходит ионизация газа электронами. Однако при своем движении в этом пространстве электроны находятся в тормозящем поле; не дойдя до коллектора ионов, они останавливаются и начинают движение обратно к сетке; снова значительная их часть проходит между витками сетки и под действием тормозящего поля катода, не долетев до него, поворачивает снова к сетке и т. д. Каждый электрон может сделать несколько таких колебаний, прежде чем попасть на сетку. Эти колебания играют положительную роль, так как благодаря ним электроны пролетают больший путь и, следовательно, повышается вероятность столкновения их с молекулами газа и ионизации последних; а это ведет к увеличению ионного тока. С той же целью - увеличить путь электронов, пролетающих между витками сетки по направлению к коллектору ионов, - расстояние между сеткой и коллектором делается относительно большим.
Образующиеся положительные ионы под действием ускоряющего для них поля коллектора ионов устремляются к нему и, отдавая ему свой положительный заряд, создают в его цепи ионный ток.
Рис. 2 – Термопарный вакуумметр: 1 – нить, 2 – термопара, 3 – корпус, 4 – токоподводы
Рис. 3 – Ионизационный вакуумметр: 1 – катод, 2 – анод, 3 – коллектор ионов, 4,5,6 – выводы катода, анода, коллектора, 7 – колба, 8 – подсоединительная трубка
Рис. 4 – Принципиальная схема высоковакуумной системы
Принципиальная схема типовой высоковакуумной системы технологической установки показана на рис. 4. В отличие от упрощенной системы она дополнительно содержит: натекатель N2 для напуска атмосферного воздуха в низковакуумную магистраль и термопарные вакуумметры РТ2 и РТ3 для измерения давления на выходе высоковакуумного и входе низковакуумного насосов соответственно. NV и ND – два вакуумных насоса. РТ1, как и РТ2 и РТ3, служит для проведения измерений в низком и среднем вакууме. РИ – для измерения в высоком вакууме. К -камера
Обработка результатов
Таблица 1 – Давления в камере в процессе откачки
Термопарный вакууметр |
Ионизационный вакууметр |
Ионизационный вакууметр |
Ионизационный вакууметр |
||||||||||
t, c |
p, мВ |
p, Торр |
t, c |
p, Па |
p, Торр |
t, c |
p, Па |
p, Торр |
t, c |
p, Па |
p, Торр |
||
170 |
0,5 |
0,788421 |
295 |
3,4 |
0,025564 |
420 |
0,69 |
0,005188 |
545 |
0,42 |
0,003158 |
||
175 |
0,59 |
0,729474 |
300 |
3,1 |
0,023308 |
425 |
0,68 |
0,005113 |
550 |
0,4199 |
0,003157 |
||
180 |
0,6 |
0,668421 |
305 |
2,9 |
0,021805 |
430 |
0,66 |
0,004962 |
555 |
0,41 |
0,003083 |
||
185 |
0,7 |
0,607368 |
310 |
2,7 |
0,020301 |
435 |
0,64 |
0,004812 |
560 |
0,4 |
0,003008 |
||
190 |
0,75 |
0,6015 |
315 |
2,5 |
0,018797 |
440 |
0,63 |
0,004737 |
565 |
0,3999 |
0,003007 |
||
195 |
0,8 |
0,54821 |
320 |
2,3 |
0,017293 |
445 |
0,62 |
0,004662 |
570 |
0,398 |
0,002992 |
||
200 |
0,89 |
0,51235 |
325 |
2,1 |
0,015789 |
450 |
0,61 |
0,004586 |
575 |
0,38 |
0,002857 |
||
205 |
0,99 |
0,491579 |
330 |
2 |
0,015038 |
455 |
0,6 |
0,004511 |
580 |
0,37 |
0,002782 |
||
210 |
1 |
0,436842 |
335 |
1,8 |
0,013534 |
460 |
0,58 |
0,004361 |
585 |
0,3699 |
0,002781 |
||
215 |
1,1 |
0,382105 |
340 |
1,7 |
0,012782 |
465 |
0,57 |
0,004286 |
590 |
0,35 |
0,002632 |
||
220 |
1,15 |
0,37325 |
345 |
1,41 |
0,010602 |
470 |
0,56 |
0,004211 |
595 |
0,34 |
0,002556 |
||
225 |
1,21 |
0,328421 |
350 |
1,38 |
0,010376 |
475 |
0,55 |
0,004135 |
600 |
0,33999 |
0,002556 |
||
230 |
1,29 |
0,29571 |
355 |
1,3 |
0,009774 |
480 |
0,54 |
0,00406 |
605 |
0,32 |
0,002406 |
||
235 |
1,35 |
0,27779 |
360 |
1,19 |
0,008947 |
485 |
0,52 |
0,00391 |
610 |
0,31 |
0,002331 |
||
240 |
1,4 |
0,25661 |
365 |
1,1 |
0,008271 |
490 |
0,518 |
0,003895 |
615 |
0,3 |
0,002256 |
||
245 |
1,49 |
0,2312 |
370 |
1,05 |
0,007895 |
495 |
0,5 |
0,003759 |
620 |
0,299 |
0,002248 |
||
250 |
1,51 |
0,229474 |
375 |
1 |
0,007519 |
500 |
0,4999 |
0,003759 |
625 |
0,28 |
0,002105 |
||
255 |
1,6 |
0,182105 |
380 |
0,99 |
0,007444 |
505 |
0,48 |
0,003609 |
630 |
0,2799 |
0,002105 |
||
260 |
1,65 |
0,17226 |
385 |
0,9 |
0,006767 |
510 |
0,4799 |
0,003608 |
|
|
|
||
265 |
1,7 |
0,136842 |
390 |
0,85 |
0,006391 |
515 |
0,47 |
0,003534 |
|
|
|
||
270 |
1,73 |
0,12441 |
395 |
0,8 |
0,006015 |
520 |
0,46 |
0,003459 |
|
|
|
||
275 |
1,8 |
0,095789 |
400 |
0,76 |
0,005714 |
525 |
0,45999 |
0,003459 |
|
|
|
||
280 |
1,82 |
0,091441 |
405 |
0,74 |
0,005564 |
530 |
0,441 |
0,003316 |
|
|
|
||
285 |
1,9 |
0,079412 |
410 |
0,721 |
0,005421 |
535 |
0,44 |
0,003308 |
|
|
|
||
290 |
2 |
0,056853 |
415 |
0,71 |
0,005338 |
540 |
0,43 |
0,003233 |
|
|
|
||
Таблица 2 – Давления в камере и на насосе
t, c |
pk(t), мВ |
pk(t), Па |
pн(t), мВ |
pн(t), Торр |
pн(t), Па |
170 |
0,5 |
104,86 |
0,52 |
0,788221 |
104,8334 |
175 |
0,59 |
97,02004 |
0,6 |
0,668421 |
88,89999 |
180 |
0,6 |
88,89999 |
0,65 |
0,665432 |
88,50246 |
185 |
0,7 |
80,77994 |
0,71 |
0,605225 |
80,49493 |
190 |
0,75 |
79,9995 |
0,89 |
0,51235 |
68,14255 |
195 |
0,8 |
72,91193 |
1 |
0,436842 |
58,09999 |
200 |
0,89 |
68,14255 |
1,2 |
0,328421 |
43,67999 |
205 |
0,99 |
65,38001 |
1,4 |
0,25661 |
34,12913 |
210 |
1 |
58,09999 |
1,5 |
0,2314 |
30,7762 |
215 |
1,1 |
50,81997 |
1,51 |
0,229474 |
30,52004 |
220 |
1,15 |
49,64225 |
1,6 |
0,182105 |
24,21997 |
225 |
1,21 |
43,67999 |
1,8 |
0,095789 |
12,73994 |
230 |
1,29 |
39,32943 |
1,9 |
0,079412 |
10,5618 |
235 |
1,35 |
36,946 |
2 |
0,077112 |
10,2559 |
240 |
1,4 |
34,12913 |
2,2 |
0,06441 |
8,56653 |
245 |
1,49 |
30,7496 |
2,3 |
0,05234 |
6,96122 |
250 |
1,51 |
30,52004 |
2,4 |
0,045345 |
6,030885 |
255 |
1,6 |
24,21997 |
2,45 |
0,044551 |
5,925283 |
260 |
1,65 |
22,91058 |
2,5 |
0,035518 |
4,723894 |
265 |
1,7 |
18,19999 |
2,6 |
0,021516 |
2,861628 |
270 |
1,73 |
16,54653 |
2,7 |
0,02151 |
2,86083 |
275 |
1,8 |
12,73994 |
2,8 |
0,02567 |
3,41411 |
280 |
1,82 |
12,16165 |
3,1 |
0,01787 |
2,37671 |
Рис. 5 – Кривая откачки для полного процесса откачки
Рис. 6 – Давления в камере и на входе насоса на 1 этапе откачки
Таблица 3 – Результаты расчета параметров
t,c |
pk(t), Па |
pн(t), Па |
Δp, Па |
Q, м^3*Па/c |
U, м^3/c |
Sэф, м^3/c |
170 |
104,86 |
104,8334 |
0,0266 |
0,52416697 |
19,705525 |
0,004998732 |
175 |
97,02004 |
88,89999 |
8,120049 |
0,44449997 |
0,054741045 |
0,004581527 |
180 |
88,89999 |
88,50246 |
0,397537 |
0,44251228 |
1,113134828 |
0,004977641 |
185 |
80,77994 |
80,49493 |
0,285019 |
0,40247463 |
1,412097527 |
0,004982358 |
190 |
79,9995 |
68,14255 |
11,85695 |
0,34071275 |
0,028735278 |
0,004258936 |
195 |
72,91193 |
58,09999 |
14,81194 |
0,29049993 |
0,019612546 |
0,003984258 |
200 |
68,14255 |
43,67999 |
24,46256 |
0,21839997 |
0,008927929 |
0,003205045 |
205 |
65,38001 |
34,12913 |
31,25088 |
0,17064565 |
0,005460508 |
0,002610059 |
210 |
58,09999 |
30,7762 |
27,32379 |
0,153881 |
0,00563176 |
0,002648555 |
215 |
50,81997 |
30,52004 |
20,29992 |
0,15260021 |
0,00751728 |
0,003002761 |
220 |
49,64225 |
24,21997 |
25,42229 |
0,12109983 |
0,00476353 |
0,002439451 |
225 |
43,67999 |
12,73994 |
30,94006 |
0,06369969 |
0,00205881 |
0,001458326 |
230 |
39,32943 |
10,5618 |
28,76763 |
0,05280898 |
0,001835708 |
0,001342734 |
235 |
36,946 |
10,2559 |
26,69011 |
0,05127948 |
0,001921292 |
0,001387957 |
240 |
34,12913 |
8,56653 |
25,5626 |
0,04283265 |
0,001675598 |
0,001255017 |
245 |
30,7496 |
6,96122 |
23,78838 |
0,0348061 |
0,001463156 |
0,00113192 |
250 |
30,52004 |
6,030885 |
24,48916 |
0,03015443 |
0,001231338 |
0,00098802 |
255 |
24,21997 |
5,925283 |
18,29468 |
0,02962642 |
0,0016194 |
0,001223223 |
260 |
22,91058 |
4,723894 |
18,18669 |
0,02361947 |
0,001298723 |
0,001030942 |
265 |
18,19999 |
2,861628 |
15,33836 |
0,01430814 |
0,000932834 |
0,000786162 |
270 |
16,54653 |
2,86083 |
13,6857 |
0,01430415 |
0,00104519 |
0,00086448 |
275 |
12,73994 |
3,41411 |
9,325827 |
0,01707055 |
0,00183046 |
0,001339924 |
280 |
12,16165 |
2,37671 |
9,784943 |
0,01188355 |
0,001214473 |
0,000977133 |