- •Лабораторна робота № 1 техніка для отримання і вимірювання вакууму
- •1. Загальні відомості. Теоретичні основи.
- •2. Форвакуумний насос для створення попереднього розрідження.
- •3. Молекулярний дифузійний насос.
- •Виморожуючі пастки
- •4. Техніка для вимірювання тиску розріджених газів (вакууметри)
- •Вакуумметр термопарний
- •Вакуумметр іонізаційний
- •5. Вакуумна система лабораторної установки вуп-4.
- •Література
Лабораторна робота № 1 техніка для отримання і вимірювання вакууму
Мета роботи: ознайомитись та вивчити принцип роботи вітчизняних насосів для отримання надвисокого вакууму, вивчити прилади для вимірювання низьких тисків, одержати надвисокий вакуум та виміряти тиски залишкових газів.
Обладнання: лабораторна установка „Вакуумний універсальний пост ВУП-4”.
1. Загальні відомості. Теоретичні основи.
Вакуумом (від лат. vacuum – порожнеча) називають стан газу чи пари при тиску, нижчому за атмосферний. Кількісною характеристикою вакууму є абсолютний тиск. Основною одиницею вимірювання тиску в системі SI слугує Паскаль, а в практиці вакуумних вимірювань використовуються також міліметр ртутного стовпчика (133 Па) і тор (102 Па).
Інтенсивність протікання фізико-хімічних процесів у вакуумі залежить від співвідношення між числом зіткнень молекул газу зі стінками посудини і числом взаємних зіткнень молекул (котре визначається відношенням середньої довжини вільного пробігу і характерного лінійного розміру посудини L). Саме це число взаємних зіткнень покладене у основу умовного поділу областей вакууму на наступні діапазони: низький, середній, високий і надвисокий.
1) низький вакуум; << L, 7601 мм.рт.ст.
2) середній вакуум; L, 110-3 мм.рт.ст.
3) високий вакуум; >> L, 10-310-7 мм.рт.ст.
4) надвисокий вакуум; тиски менші за 10-7 мм.рт.ст.
Для оцінки довжини вільного пробігу при різних тисках існує проста залежність: (см) = 4.610-3/P(мм рт.ст.).
Швидкістю дії вакуумного насоса при даному впускному тиску називається об’єм газу, що потрапляє у працюючий насос за одиницю часу при цьому тиску. Гранично досяжний вакуум у системі визначається не тривалістю відкачки, а потоком газу, що натікає у об’єм, та швидкістю відкачки.
При розробці вакуумних об’ємів і трубопроводів слід враховувати, що багато матеріалів при пониженні тиску починають доволі інтенсивно випаровуватися самі і виділяти абсорбовані гази. Крім того, відбувається дифузія газів, особливо гелію і водню крізь матеріали. Якщо для низько вакуумних установок ці фактори незначні, то у високо вакуумних пристроях цим питанням доводиться приділяти чимало уваги. Найпоширенішими вакуумними матеріалами є скло (кварц), нержавіюча сталь, мідь, алюміній. Нероз’ємні сполучення елементів вакуумних систем, як правило, з’єднують електродуговим зварюванням у середовищі аргону чи пайкою припоями на основі срібла.
Роз’ємні з’єднання (фланці трубопроводів, оглядові віконця і т.д.) герметизуються з допомогою прокладок. Для низького і середнього вакууму у якості прокладок використовуються спеціальні сорти гуми, поліетилен, фторопласт та ін. У надвисоковакуумних конструкціях – металічні ущільнювачі з свинцю, індію, алюмінію, міді, золота.
Вакуумні насоси – це пристрої, що служать для створення вакууму.
Промислові вакуумні насоси працюють у області тисків від 105 до 10-10 Па. У всіх вакуумних насосах, незважаючи на різноманітність будови в залежності від вимог до обладнання, для відкачки газів використовують один з двох способів:
А) переміщення газу за рахунок прикладання до нього механічних сил в певному місці вакуумної системи, звідки газ виштовхується;
Б) зв’язування газу шляхом сорбції, хімічних реакцій чи конденсації як правило у замкнутій вакуумній системі.
За принципом дії насоси діляться на такі групи:
Насоси об’ємної дії (переміщення газу здійснюється шляхом періодичної зміни об’єму робочої камери);
Ежекторні насоси (газ турбулентно-в’язко захоплюється струменем робочої рідини чи пари);
Молекулярні насоси (молекули газу, що відкачується, отримують додаткову швидкість у певному напрямі; якщо це робиться з допомогою неперервного струменя пари – струменеві, якщо ж це робиться за допомогою рухомих поверхонь твердого тіла – механічно молекулярні);
Сорбційні насоси (відкачка здійснюється шляхом сорбції газів на поверхні чи у об’ємі твердих тіл; сюди ж відносяться адсорбційні насоси – за рахунок зворотної фізичної адсорбції газу при низькій температурі);
Кріогенні насоси (відкачка здійснюється шляхом конденсації відкачуваних газів і пари на поверхнях, що охолоджуються до наднизьких (крігенних) температур)
У даній лабораторній роботі вивчаються пластинчато-роторний форвакуумний насос та дифузійний паромасляний насос.