ЛР2
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ФЭТ
отчет
по лабораторной работе №2
по дисциплине «Технология материалов и элементов электронной техники»
тема: Исследование вакуумной системы технологической установки
|
Студенты гр. 5207 |
|
Иванов А.Д. |
|
|
|
Макаров К.С. |
|
|
|
Шабалин А. Е. |
|
Преподаватель |
|
Шаповалов В.И. |
Санкт-Петербург
2018
Цель работы: изучение вакуумных насосов и вакуумметров, изучение вакуумной системы технологической установки, приобретение практических навыков работы с вакуумной системой, приобретение практических навыков экспериментального определения быстроты откачки вакуумной камеры.
Описание лабораторной установки
Рисунок 1 – Упрощенная принципиальная схема высоковакуумной системы
Содержит: натекатель N2 для напуска атмосферного воздуха в низковакуумную магистраль и термопарные вакуумметры PT2 и PT3 для измерения давления на выходе высоковакуумного и входе низковакуумного насосов соответственно.
Вакуумметр PT3 служит для специального исследования процесса откачки вакуумной камеры и в стандартных технологических установках отсутствует. Натекатель N2 используют после окончания работы установки, когда насос ND выключен, элементы B1, B2, B3 и N1 закрыты. Открывая N2 сразу после выключения насоса NV, выравнивают давления на его входе и выходе. В противном случае под действием давления атмосферного воздуха масло из насоса NV будет поступать в низковакуумную магистраль. Это недопустимо, так как приводит технологическую установку в неисправное состояние.
Рисунок 2 – Схематическое изображение насоса: (а) – пластинчато-роторного; (б) – диффузионного
В механическом насосе (рисунок 2, 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 объеа 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. Вакуумное уплотнение статора обеспечивается вакуумным маслом 10.
Диффузионный насос (рисунок 2, б) выполнен в виде открытого сверху цилиндра 1, 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.
Обработка результатов
-
Результаты измерений и графики p(t) для двух этапов измерений
Рисунок 3 – Градуировочная кривая термопарного преобразователя
Перевод из мВ в Торр будет производить с помощью градуировочной кривой.
Таблица 1 – Термопарный вакуумметр
|
p, мВ |
p, Торр |
t, с |
|
0.1 |
|
75 |
|
0.12 |
|
90 |
|
0.13 |
|
105 |
|
0.16 |
|
120 |
|
0.2 |
|
135 |
|
0.21 |
|
150 |
|
0.4 |
0.4 |
165 |
|
0.7 |
0.31 |
180 |
|
0.8 |
0.29 |
195 |
|
1.2 |
0.18 |
210 |
|
1.4 |
0.15 |
225 |
Таблица 2 – Ионизационный вакуумметр
|
p, Торр |
t, с |
|
0.00024 |
240 |
|
0.00022 |
255 |
|
0.00021 |
270 |
|
0.00019 |
285 |
|
0.00016 |
300 |
|
0.00015 |
315 |
|
0.00014 |
330 |
|
0.00013 |
345 |
|
0.00012 |
360 |
|
0.00011 |
375 |
|
0.0001 |
390 |
|
0.00009 |
405 |
|
0.00008 |
420 |
|
0.00007 |
435 |
|
0.000065 |
450 |
|
0.000062 |
465 |
|
0.00006 |
480 |
|
0.000058 |
495 |
|
0.000056 |
505 |
|
0.000052 |
520 |
|
0.000051 |
535 |
Рисунок 4 – График получения высокого вакуума в камере
Таблица 3 Расчет эффективной быстроты действия низковакуумного насоса
|
|
|
|
|
|
|
|
|
165 |
53.2 |
54.53 |
-1.33 |
0.27265 |
-0.205 |
0.00513 |
|
180 |
39.9 |
42.56 |
-2.66 |
0.2128 |
-0.08 |
0.00533 |
|
195 |
38.57 |
37.24 |
1.33 |
0.1862 |
0.14 |
0.00483 |
|
210 |
23.94 |
21.28 |
2.66 |
0.1064 |
0.04 |
0.00444 |
|
225 |
19.95 |
15.96 |
3.99 |
0.0798 |
0.02 |
0.004 |
|
240 |
3.192 |
13.3 |
-10.108 |
0.05985 |
0.00501 |
0.00250338 |
|
255 |
2.926 |
11.97 |
-9.044 |
0.05985 |
0.00501 |
0.002503049 |
|
270 |
2.793 |
9.31 |
-6.517 |
0.04655 |
0.00502 |
0.002503756 |
|
285 |
2.527 |
7.98 |
-5.453 |
0.0399 |
0.00502 |
0.002503965 |
Примеры расчетов
для
:
Рисунок 5 – Зависимость давления от времени откачки для двух этапов откачки
Рисунок 6 – Зависимость эффективной быстроты действия насоса от давления в камере
Вывод:
Были изучены вакуумные насосы, вакуумметры и вакуумная система технологической установки. Также были посчитаны разности давлений на концах низковакуумной линии, поток газа через данную линию, проводимость линии и эффективная быстрота действия насоса. До получения в камере высокого вакуума мы используем термопарный вакуумметр, при получении высокого вакуума мы включаем ионизационный вакуумметр. Также стоит отметить, что проводимость элементов вакуумной системы зависит от геометрических размеров и режима течения газа, в нашем случае d = 52 см, а h = 43.5 см. Режим течения газа можно определить с помощью критерия Кнудсена.