Лабы по ТМиЭЭТ / ЛР1 Исследование вакуумной системы технологической установки по программной модели

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра ЭПУ

отчет по лабораторной работе № 1 по дисциплине «Технологии материалов и элементов электронной техники» Тема: Исследование вакуумной системы технологической установки по программной модели

Студенты гр. ____________________ ____________________ Преподаватель ____________________ Мишнев М.А.

Санкт-Петербург 202X

ЦЕЛЬ: Изучение процесса получения высокого вакуума. Исследование влияния параметров вакуумных насосов на процесс откачки. Исследование влияния геометрических размеров элементов вакуумной системы на процесс откачки.

СХЕМА УСТАНОВКИ

Схема высоковакуумной системы представлена на рисунке 1. Процесс откачки из вакуумной камеры проходит в 2 последовательных этапа: форвакуумная откачка – создание предварительного разрежения порядка 1…10 Па, затем высоковакуумная откачка до 10^-3…10^-2 Па.

Перечень элементов системы: PT – вакуумметр термопарный, РИ – вакуумметр ионизационный, NV – насос форвакуумный пластинчато-роторный, ND – насос высоковакуумный диффузионный, B1-3 – вакуумные вентили, N – напускной вентиль, К – вакуумная камера.

Рисунок 1 – Упрощенная схема высоковакуумной системы

На первом этапе атмосферный воздух из камеры K откачивают низковакуумным насосом NV по низковакуумному каналу I. Давление на этой стадии измеряют вакуумметром РТ. Изменение давления в камере объемом V на этом этапе описывает выражение

(1)

где – предельное давление насоса NV;

– начальное давление обычно равное атмосферному;

– эффективная быстрота откачки камеры насосом NV.

Эффективная быстрота откачки находится из уравнения

(2)

где – номинальная быстрота действия насоса NV;

– проводимость низковакуумного канала.

На второй стадии откачку ведут высоковакуумным насосом ND через трубопровод II. Давление на этом этапе измеряют вакуумметром РИ. Нестационарный режим откачки в этом случае описывает уравнение

(3)

где – входной поток газа в камеру;

– начальное давление для высоковакуумного насоса;

– эффективная быстрота откачки камеры насосом ND.

Эффективная быстрота откачки находится из уравнения

(4)

где – номинальная быстрота действия насоса ND;

– проводимость высоковакуумного канала.

Переход между стадиями осуществляют с помощью вентилей B1, B2 и B3. Насосы NV и ND должны быть согласованы. Это означает, что их параметры должны быть такими, чтобы выполнялось условие

(5)

где – наибольшее рабочее давление основного насоса;

– наибольшее выпускное давление основного насоса, причем обязательно выполнение условия ≥ .

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты измерений и расчетов представлены в таблице 1. Перевод измеряемого напряжения от термопарного вакуумметра в Торр осуществлялся по графику, представленному на рисунке 2.

Таблица 1 – Экспериментальные данные

Предварительный вакуум					Высокий вакуум
t, c	р, мВ	р, Torr	U, м3/с	S, м3/с		t, c	р ·10-5 Torr	U, м3/с	S, м3/с
0	0	760	148.55	0.0079		400	1198	0.227	0.00001
9	0	760	115.29	0.00789		422	623	4.27	0.285
32	0.01	1	7.15	0.00789		436	415	3.57	0.283
49	0.36	0.4	0.14	0.0054		466	177	2.8	0.278
57	0.83	0.27	0.053	0.0019		504	61.27	1.7	0.262
67	1.38	0.15	0.03	0.001		575	11.32	1.7	0.262
78	1.96	0.09	0.02	0.0006		613	4.84	1.7	0.262
94	3.72	0.04	0.445	0.0003		656	2.38	1.7	0.262
110	5.01	0.027	0.372	0.0002		686	1.77	1.7	0.262
118	5.43	0.022	0.343	0.0002		711	1.53	1.7	0.262
124	5.68	0.019	0.334	0.0002		734	1.42	1.7	0.262
155	6.5	0.016	0.289	0.0001		798	1.32	1.7	0.262
190	6.95	0.014	0.264	0.00007		853	1.29	1.7	0.262
205	7.07	0.0134	0.257	0.00006		903	1.29	1.7	0.262
245	7.29	0.0123	0.245	0.00004
317	7.49	0.0121	0.234	0.00002
360	7.56	0.012	0.230	0.00002

Таблица 2 – Зависимость предельного давления от диаметра трубы

d, м	0.1	0.13	0.19	0.20	0.3	0.8	1.2	2	4
pпред, Torr	1.58	1.4	1.26	1.24	1.17	1.11	1.1	1.1	1.09

Рисунок 2 – Градуировочная кривая термопарного преобразователя

Кривая откачки для данной вакуумной системы представлена на рисунке 3, зависимость предельного давления для высоковакуумного насоса от диаметра трубы см. на рисунке 4.

t, с

P, Torr

Рисунок 3 – Экспериментальная кривая откачки вакуумной системы

p_пред, Torr

d, м

Рисунок 4 – Зависимость предельного давления от диаметра трубопровода

ВЫВОД

В результате выполнения лабораторной работы была построена кривая откачки для двухэтапной системы вакуумной откачки с форвакуумным и высоковакуумным насосами.

По результатам измерений мы выяснили, что давление в рабочей камере достигнет предельного значения высокого вакуума примерно за 500 секунд работы системы.

По зависимости предельного давления от диаметра трубопровода, можно сказать, что уменьшение предельного давления связано с тем, что при увеличении диаметра растет проводимость трубопровода, и, как следствие, увеличивается скорость откачки, а предельное давление обратно пропорционально эффективной скорости откачки в системе.