Методические указания Челябинск 2012

ФГБОУ ВПО Челябинский государственный университет


ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ
ВАКУУМА

Методические указания

Челябинск 2012

Методические указания составлены для студентов, обучающихся по специальностям: 150701.65 «Физико-химия процессов и материалов» и 01.04.07 «Физика». Содержат необходимые сведения по принципам получения и измерения вакуума.

Составитель д.х.н., профессор В.А. Тюменцев

1. 
   ПОЛУЧЕНИЕ ВАКУУМА
   

1. 
   Классификация и основные характеристики вакуумных насосов.
   

Средствами, служащими для создания вакуума в рабочей камере технологической установки, являются вакуумные насосы. По степени разряжения, которую можно получить в откачиваемом объеме с их помощью, насосы разделяют на три основных класса:
1. Форвакуумные насосы (насосы предварительного разряжения), позволяющие производить откачку газа от атмосферного (10⁵ Па) давления до 10^-1 Па. К таким насосам относятся насосы объемного давления, в которых создание вакуума осуществляется путем периодического изменения объема рабочей камеры.
2. Высоковакуумные насосы, создающие разряжение газа в рабочем объеме от 1 до 10^-4 Па. В настоящее время в вакуумных установках широко применяются молекулярные и сорбционные насосы. В молекулярных насосах вакуум создают путем сообщения молекулам откачиваемого газа дополнительного импульса (скорости) в определенном направлении. В сорбционных насосах откачку газов осуществляют путем сорбции молекул поверхностью твердых тел при низкой температуре. Криогенные насосы создают вакуум путем конденсации откачиваемых газов на поверхностях, охлаждаемых до криогенных температур.
3. Сверхвысоковакуумные насосы, создающие разряжение газа в объеме до давления 10^-11 Па. К насосам такого типа относятся сорбционные, ионно-сорбционные и магниторазрядные вакуумные насосы.
Таким образом, высокий и сверхвысокий вакуум может быть получен в результате многоступенчатой откачки. Для соответствующих диапазонов давлений используются свои специально разработанные средства измерения.
Основными параметрами вакуумных насосов являются:
а) – наибольшее давление запуска; б) – наибольшее выпускное давление; в) – наибольшее рабочее давление; г) – предельное остаточное давление; д) – быстрота действия. Первые два параметра определяют наибольшее давление, при котором насос может начать работу и сохранить свою работоспособность. Насосы, для которых наибольшее выпускное давление ниже атмосферного, могут работать только в паре с форвакуумным насосом. Третий параметр определяет наибольшее давление во входном отверстии, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. Предельное остаточное давление определяют при работе насоса без нагрузки. Скорость откачки при рабочем давлении или быстроту действия насоса определяют по формуле:

где: Т – температура газа, К; М – молекулярная масса; - коэффициент, характеризующий вероятность захвата молекул газа впускным отверстием насоса; А – площадь впускного отверстия; Р_ост – предельное остаточное давление насоса; Р_н – давление во впускном сечении.

2.