Лабораторна робота 5

Вакуумні течі і методи їх виявлення

Мета – вивчити особливості перебігу газів по тонким капілярам; ознайомитись з методами виявлення течей; засвоїти методику використання течешукачів різної конструкції.

Основні причини, які перешкоджають отриманню граничного тиску в любій вакуумній системі – газовиділення і порушення герметичності. Газовиділення різних матеріалів залежить від температури, якості обробки поверхонь і їх фізико-хімічних властивостей. Про порушення герметичності у відкачуваній системі судять по зміні тиску. Для кількісної оцінки негерметичності системи вводять величини течі, яка визначається кількістю газу, проникаючого з атмосфери всередину об’єму V за одиницю часу.

Методи течешукання повинні не тільки виявити наявність і величину течі, але і давати можливість локалізувати її. Найбільш прості методи течешукання – метод опресовки, люмінесцентний і радіоактивний і виявлення течі за допомогою газового розряду.

Метод опресовки полягає в створенні всередині випробуваного об’єму тиску, який перевищує атмосферний, і використанні зовнішнього показника місця течі (мильна плівка). Люмінісцентний метод виявлення течі заснований на здатності люмінісцируючих речовин, проникаючих через тічь, світитись під дією ультрафіолетового опромінювання (кварцева лампа). Для пошуку течі в склянних вакуумних системах часто користуються іскровим течешукачем (трансформатор Тесла), дія якого заснована на проникненні малопотужного іскрового розряду всередину відкачуваного об’єму через тічь. При химічному методі течешукання створюється в досліджуваному об’ємі надмірний тиск аміака, а місця можливого натікання покривають зволоженим світлокопіювальним папером або занурюють весь об’єм в розчин фенофталеіна. Тоді під дією аміаку, який проходить крізь течі папір або розчин будуть змінювати своє забарвлення, що дозволяє локалізувати місця натікання.

Загальною характеристикою приладів-течешукачів є їх здатність вибірково реагувати на фізико-хімічні властивості деяких пробних речовин. Процес пошуку течі полягає в уловлюванні датчиком течешукача пробної речовини, проникаючої через тічь, і створенню корисного сигналу, по велечині якого можна судити про розміри натікання. Основний параметр любого течешукача – його чутлівість, яка визначається здатністю прилада реагувати на мінімальну концентрацію пробної речовини.

Т ічь можна відшукувати за допомогою іонізаційного манометра, з’єднаного з відкачаною до високого вакууму трубкою з паладієвим натікачем, який нагрівається спіраллю. Досліджуваний об’єм обдувається воднем або сумішю, яка вміщує водень (рис. 5.1). Водень проникає через тічь у відкачуваному об’ємі і дифундує через паладієвий капіляр в камеру датчика іонізаційного манометра, визиваючи збільшення іонного струму в ланцюзі колектора.

Рис. 5.1. Датчик водневого течешукача з паладієвою мембраною: 1 – паладієва мембрана, 2 – колектор іонів, 3 – катод, який накалюється

В галоїдному течешукачі використовується властивість платини, розжареної до температури 1200 К, емітувати позитивні іони по попаданні на неї газа, що містить галоід. Датчик галоідного течешукача (рис. 5.2) працює як в вакуумі, так і при атмосферному тиску. В першому випадку датчик приєднується до відкачуваного об’єму, а місця, де можлива тічь, обдуваються газом який містить галоід. В другому випадку тічь шукають методом опресовки з використанням залишкового тиску пробного газу і виносного датчика, який уловлює фреон при розташуванні щупа датчика поблизу течі.

Д ля виявлення течей можуть бути використані мас-аналізатори. Для цього датчик мас-аналізатора з’єднується з вакуумною системою, а місця, де можлива тічь, обдуваються пробним газом.

Рис. 5.2. Датчик галоідного течешукача: 1 – анод, 2 – колектор іонів

Порядок виконання роботи

1. Вивчити фізичні принципи роботи течошукачів різної конструкції.

2. Ознайомитися з методикою виявлення течей.

3. Опанувати методики застосування течошукачів різноманітної конструкції.

4. Побудувати графік залежності швидкості відкачки насоса від часу при наявності течі.

5. Підключити до системи течошукач і знайти тіч.

Контрольні питання

1. Режими течіння газів при низьких тисках.

2. Пропускна здатність круглих отворів.

3. Основне рівняння вакуумної техніки при наявності натікання газу в систему.

4. Герметичність вакуумної системи та її якісна оцінка.

5. Класифікація методів течошукання. Області тисків і межі чутливості різноманітних течошукачів.

6. Виявлення течі за допомогою газового розряду.

7. Метод манометрів, що знаходяться у вакуумній системі, для відшукання течі.

8. Застосування датчика водневого течошукача з паладієвою мембраною для відшукання течі.

9. Будова і принцип дії галоїдного течошукача.

10. Метод опресування, його переваги і недоліки.

11. Люмінесцентний метод, його переваги і недоліки.

12. Радіоактивний метод, його переваги і недоліки.

13. Будова і принцип дії мас-спектрометричного течошукача, його переваги і недоліки.

14. Загальні вимоги до течошукачів. Основні параметри течошукачів.

15. Якими методами і який мінімальний тиск залишкових газів досягається у наш час?

16. Основні проблемні питання у техніці одержання наднизького вакууму.

[1, с. 236-254; 2, с. 109-202; 4, с. 215; 6, с. 217; 7, с.363].