יסודות של טכנולוגיית ואקום

יסודות של טכנולוגיית ואקום

בשנת 1643, הפיזיקאי האיטלקי torricelli הוכיח את הניסוי לחץ אטמוספרי המפורסם, חושף את קיומו של מצב פיזי של "ואקום" לבני אדם. במאות הבאות, במיוחד בתחילת המאה ה -20, טכנולוגיית ואקום התפתח במהירות והיה בשימוש נרחב בתחומים צבאיים ואזרחיים. באופן דומה, טכנולוגיית ואקום הוא גם הבסיס של הכנת סרט דק. כמעט כל החומרים הסרט דק מוכנים ואקום או בלחץ אטמוספרי נמוך. לכן, בפרק זה, נציג בקצרה כמה ידע בסיסי של ואקום, ואקום רכישת מדידה ואקום.

ראשית, הידע הבסיסי של ואקום

אחת, יחידת ואקום

מגע אנושי עם הוואקום יכול להיות מחולק לשני סוגים: האחד הוא הקיום של חלל ריק, הנקרא "ואקום טבעי"; השני הוא הוואקום המתקבל על ידי שאיבת גזים מתוך מיכל עם משאבת ואקום. זה נקרא "ואקום מלאכותי". ואקום מכל סוג שהוא נקרא ואקום כאשר הלחץ של גז הוא פחות אווירה אחת במרחב נתון. מצב המרחב ללא כל גז נקרא לעתים קרובות ריק מוחלט. במובן הכללי, "ואקום" לא אומר "אין דבר". כיום, ישנם מאות מולקולות לכל סנטימטר מעוקב של נפח, אפילו בלחץ הנמוך ביותר האפשרי עם טכניקות הכנה המתקדמות ביותר ואקום. לכן, כאשר אנו מדברים על ואקום, אנו מתכוונים למצב ואקום יחסית. בטכנולוגיית ואקום, המונח המושג "תאקום ואקום" והכמות הפיזית "לחץ" משמשים בדרך כלל כדי לבטא את מידת הוואקום במרחב מסוים, אך יש להבחין בין המשמעויות הפיזיות שלהם. לחץ נמוך יותר בחלל פירושו ואקום גבוה יותר, ואילו שטח לחץ גבוה יותר פירושו ואקום נמוך יותר.

אחת היחידות הראשונות והנפוצות ביותר ללחץ, כספית מילימטר (mmHg), מודדת את הוואקום ישירות על ידי מדידת אורכו. במיוחד בשימוש של תזמון פנאומטי torricelli, מילימטר כמו מדידת לחץ הוא אינטואיטיבי יותר. אבל בשנת 1958, לזכר Torricelli, "Torr" שימש במקום MMHG. 1 טור הוא הלחץ ליחידת שטח של 1 MMHG MMHG במצב הסטנדרטי, לידי ביטוי 1 torr = 1 MMHG. בשנת 1971, ועידת המטרולוגיה הבינלאומית נקבעה באופן רשמי "PASCAL" כיחידה הבינלאומית של לחץ הגז, 1Pa = 1 N / m2 7.5 10-3. לוח 1-1 מציג את יחידות הלחץ הנפוצות בטכנולוגיית הוואקום הנוכחית וביחסי ההמרה שלהן.

לוח 1-1 יחסי הגיור של מספר יחידות לחץ

שתיים. חלוקת אזורי ואקום

כדי ללמוד את החלל ולהפוך אותו נוח לשימוש מעשי, הוואקום מחולק לעתים קרובות לאזורים הבאים על פי המאפיינים הפיזיים השונים של כל טווח לחץ:

אבק ריק: 1 x 105 ~ 1 x 102 אבא
ואקום נמוך: 1 x 102 ~ 1 x 10-1pa
ואקום גבוה: 1 x 10-1 ~ 1 x 10-6pa
אבק גבוה במיוחד: <> x 10-6pa

תכונות התנועה המולקולרית של גזים באזורים שונים של ואקום שונים. תחת ואקום גולמי, המרחב הגזי הוא מצב אטמוספרי, והמולקולות עדיין נמצאות בעיקר בתנועה תרמית, וההתנגשויות בין המולקולות שכיחות מאוד. ואקום נמוך הוא המעבר של זרימת מולקולות הגז ממצב הזרימה צמיג למצב מולקולרי. כאשר הוואקום הגבוה מגיע, זרימת מולקולות הגז הפכה לזרימה מולקולארית, וההתנגשויות בין מולקולות הגז וקירות כלי השיט הן בעיקר, ומספר ההתנגשויות מצטמצם במידה ניכרת. באקום גבוה במיוחד, יש פחות מולקולות בגז, אין כמעט התנגשויות בין המולקולות, ויש פחות סיכוי למולקולות להתנגש עם הקיר.

שלוש. ספיחה וגזייה של גזים על ידי מוצקים

בטכנולוגיה ואקום, מגוון של גזים הם נתקלו לעתים קרובות, ואת התופעה של ספיחה ו desorption של גזים אלה על משטח מוצק נפוץ מאוד, שהוא בעל משמעות רבה עבור טכנולוגיית ואקום גבוהה, במיוחד בטכנולוגיה ואקום גבוהה במיוחד. לדוגמה, כדי לשפר את מידת ואקום בצינור, החלקים צריכים להיות degassed מראש. תהליך זה הוא תהליך של מולקולות הגז על משטח מוצק desorption. עם ספיגת הגז, דרגה מסוימת של ואקום תיווצר במיכל. בנוסף, בציוד ואקום, משאבות ספיחה שונים נעשים לעתים קרובות באמצעות עיקרון ספיחה להשיג ואקום גבוה. לפעמים, את היכולת של adsorbing מספר רב של מולקולות גז על משטח נקי משמש גם כדי להשיג ואקום.

מה שמכונה גז ספיחה היא תופעת מולקולות הגז שנתפסו על משטח מוצק, אשר ניתן לחלק את ספיחה פיזית ואת ספיחה כימית. ספיחה פיזית אין סלקטיביות, וכל גז יכול להתרחש על משטח מוצק, אשר נגרמת בעיקר על ידי משיכה הדדית בין המולקולות. Desorption קל להתרחש גז adsorbed פיזית, ואת ספיחה יעילה רק בטמפרטורה נמוכה. ספיחה כימית, לעומת זאת, מתרחשת בטמפרטורה גבוהה יותר. בדומה לתגובות כימיות, הגז הוא לא קל desorption, אבל ספיחה יכולה להתרחש רק כאשר אטומים על פני השטח של גז מוצק לבוא במגע עם זה כדי ליצור תרכובות. גז desorption הוא תהליך הפוך של ספיגת גז. התהליך שבו המולקולות של גז adsorbed על משטח מוצק משוחררים מן משטח מוצק נקרא בדרך כלל גז desorption.

בטכנולוגיה ואקום, תופעת ספיחה וגז של גז על משטח מוצק תמיד קיים. באופן כללי, הגורמים העיקריים המשפיעים על ספיחה וגז של גז על משטח מוצק הם הלחץ של גז, הטמפרטורה של מוצק, צפיפות של גז adsorbed על משטח מוצק ואת המאפיינים של מוצק עצמו, כגון מידת חלקות השטח וניקיון . כאשר הטמפרטורה של משטח מוצק גבוהה, מולקולות הגז קל desorption. בנוסף על ההשפעות לעיל, בכמה משאבות ואקום ו ואקום מטרים עם תופעת יינון, ישנם דרגות שונות של ספיגה חשמלית ו כימית scavenging, אשר גם להאיץ את ספיחה של מוצק לגז. ביניהם, ספיגת חשמל מתייחס להיווצרות של יונים חיוביים לאחר יינון של מולקולות גז. יונים חיוביים יש פעילות כימית חזקה יותר מאשר מולקולות גז נייטרלי, ולכן הם לעתים קרובות טופס פיזי או כימי ספיחה עם מולקולות מוצקות. הסרה כימית מתרחשת כאשר מתכות פעילות (כגון בריום, טיטניום וכו ') הן ואקום מאדות כדי ליצור תרכובות עם מולקולות גז אינרטי, וכתוצאה מכך ספיגה כימית.

סעיף 2 רכישת ואקום

רכישת ואקום מכונה לעתים קרובות "שאיבה ואקום", כלומר, את השימוש משאבות ואקום שונים ישאבו מתוך מיכל הגז, כך הלחץ של החלל הוא נמוך יותר מאשר אווירה אחת. כיום, ציוד ואקום נפוץ כולל משאבת ואקום מכני סיבובית, משאבת דיפוזיה שמן, משאבת מולקולרית מתחם, משאבת מולקולרית ספיחה ספיגה, משאבת טיטניום סובלימציה, משאבת יון מזנק ומשאבה cryogenic. שלוש משאבות ואקום הראשונות שייכות משאבת העברת הגז, כלומר, באמצעות שאיפה רציפה של גז מתוך משאבת ואקום כדי להשיג את המטרה של פליטה; ארבעת משאבות ואקום האחרונות שייכות משאבת גז ללכוד, שהוא סוג של שטח היניקה גז יהיה למצוץ כדי להשיג את מידת ואקום הנדרשת על ידי ניצול של אפקט יניקה ייחודי של חומרים גטר שונים. בגלל אלה ללכוד משאבת עבודה ללא שמן כמדיום, זה נקרא גם שום משאבת שמן. טבלה 1-2 מפרטת את טווחי הלחץ התפעוליים של מספר משאבות ואקום נפוצים ואת הלחצים המגבילים הקיימים. הלחץ האולטימטיבי הוא אחד הפרמטרים החשובים לייצג את הביצועים של משאבת ואקום. זה מתייחס ללחץ המינימלי כאשר מיכל סטנדרטי משמש העומס והמשאבה פועלת בדרך כלל בתנאים מסוימים במשך תקופה של זמן ואת מידת ואקום כבר לא משתנה אבל נוטה להיות יציב. השורות המנוקדות בטבלה מציגות את האזורים שבהם משאבת ואקום יכולה להיות מורחבת בעת שימוש בשילוב עם מכשירים אחרים.

טבלה 1-2 טווח הלחץ של מספר משאבות ואקום משותף

כפי שניתן לראות מהטבלה, הלחץ המייצג את התואר ואקום משתנה בטווח של יותר מעשרה סדרי גודל. אם האוויר הוא שאוב מן האטמוספרה, קשה להשיג תואר ואקום גבוה עם משאבת ואקום אחת בלבד, כלומר, משאבת ואקום לא יכול לכסות את טווח העבודה מן הלחץ אטמוספירי ל 10-8pa. שניים או שלושה משאבות ואקום משולבים לעתים קרובות כדי ליצור מערכת מרוכבים פליטה כדי להשיג את ואקום גבוה הנדרש. לדוגמה, במערכת ואקום שמן, הלחץ של 10-6 ~ 10-8pa ניתן להשיג על ידי שילוב המכשיר של שמן חותם משאבה מכנית (שני קטבים) ו משאבת דיפוזיה שמן. במערכת ללא שמן, הלחץ של 10-6 ~ 10-9pa ניתן להשיג על ידי משאבת ספיחה + משאבת יון מזנק + טיטניום סובלימציה משאבת המכשיר. לפעמים יהיה שמן, שמן ללא מערכת לערבב, כגון שימוש במשאבה מכנית + מתחם המשאבה המולקולרית מתחם יכול להשיג ואקום גבוה במיוחד. משאבה מכנית משאבת ספיחה הם מן הלחץ אטמוספירי להתחיל לשאוב, המכונה לעתים קרובות "משאבת הקדמי", ואלה יכולים להיות רק מן הלחץ התחתון כדי משאבת ואקום בלחץ נמוך המכונה המשאבה המשנית. סעיף זה יתמקד במבנה ועקרון העבודה של משאבה מכנית, משאבה מולקולרית מורכבת ומשאבה קריוגנית.

הו . משאבת ואקום רוטרי מכני ואקום

שימוש כללי של תנועה מכנית (סיבוב או הזזה) כדי לקבל משאבת ואקום, המכונה משאבה מכנית. זוהי משאבת ואקום טיפוסית שיכולה להתחיל מהלחץ האטמוספרי. זה יכול לשמש לבד או משמש משאבת הבמה הקדמית של משאבת ואקום גבוהה או משאבת ואקום גבוהה במיוחד. כי משאבה זו היא שמן לאטום, אז זה שייך שמן סוג של משאבת ואקום. זה סוג של משאבה מכנית בדרך כלל יש סוג שבשבת סיבובית, סוג השביל קבוע סוג הזזה שסתום (הידוע גם סוג הבוכנה), ביניהם משאבת סוג מכני רוטרי מכני הוא הנפוץ ביותר.

משאבת ואקום ואקום רוטרי הוא שמן כדי לשמור על איטום בין החלקים נעים, באמצעים מכניים, כך נפח שטח האיטום גדל מעת לעת, כלומר, שאיבה; להפחית, למצות כלומר, להשיג את המטרה שלוקח גז ומפלט ברציפות ובכך. תאנה. 1-1 היא דיאגרמת המבנה של משאבת השלב סיבובית חד-שלבית. גוף המשאבה מורכב ברובו מבלבל, רוטור, שביל סיבובית, צינור כניסה וצינור פליטה. קצוות הצבתים סגורים כדי ליצור תא משאבה אטום. תא משאבה, מצויד אקסצנטרי עם רוטור, המקבילה בפועל של שני מעגל חרוט. פתח פתח נפתח לאורך ציר הרוטור, שבו יש שתי פיסות להבי רוטור. החלק האמצעי של להבי הרוטור מחובר למעיין, והאביב גורם להבי הרוטור להחליק תמיד לאורך הקיר הפנימי של הסטטור, כאשר הרוטור מסתובב.

כפי שמוצג ב FIG. 1-1, רוטרי ויני 2 מחלק את החדר משאבה לתוך A ו- B חלקים. כאשר השביל הסיבובי מסתובב בכיוון הנתון בתרשים, מכיוון שלחץ החלל שמאחורי השביל הסיבובי 1 נמוך מהלחץ שבפתח האוויר, הגז נשאב דרך פתח האוויר, כפי שמוצג ב- FIG. 1-2 (א). איור 1 (ב) מציג את ההשראה השראה. בשלב זה, את המשאבה לצריכה מקסימלית, גז התחיל לדחוס; כאשר הרוטור ממשיך לנוע למיקום שמוצג ב 1-2 (c), דחיסת האוויר מגדילה את לחץ החלל לאחר הרוטור 1. כאשר הלחץ גבוה מ 1 אווירה, הגז דוחף את שסתום פליטה כדי לפרוק את הגז. ממשיכים לנוע, הרוטור מוחזר למיקום שמוצג ב FIG. 1-1. את הפליטה הוא מעל ואת מחזור הבא של צריכת פליטה הוא חידש. הוואקום האולטימטיבי של משאבת השלב סיבובית אחת בשלב יחיד יכול להגיע 1Pa, בעוד זה של שני שלבים משאבת שבשבת סיבוב יכול להגיע 10-2pa.

תאנה. 1-1 מבנה תרשים של משאבת סיבובית

תאנה. 1-2 תרשים סכמטי של משאבת סיבובית

כתוצאה משאבת עבודה, stator, הרוטור כל שקוע בשמן, בכל שאיפה, מחזור המפלט יהיה כמות קטנה של שמן לתוך המיכל, ולכן הדרישות של שמן משאבה מכני יש לחץ אדים רוויה נמוך מסוים סיכה, צמיגות ויציבות גבוהה יותר.

שתיים. משאבה מולקולרית מורכבת

משאבת מולקולרית היא התפתחות גדולה של משאבת ואקום רוטרי מכני ואקום. כמו משאבה מכנית, המשאבה המולקולרית היא גם משאבת העברת גז, אבל זה משאבת ללא שמן, ניתן לשלב עם המשאבה הקדמי המכשיר, כדי להשיג ואקום גבוה במיוחד. כיום, משאבה מולקולארית ניתן לחלק משאבת המתיחה (משאבת לחץ), טורבינה משאבה מולקולרית משולבת המשאבה המולקולרית שלוש קטגוריות. ביניהם, משאבת המתיחה במבנה היא פשוטה יותר, מהירות קטנה, אבל יחס הדחיסה הוא גדול; משאבה טורבו מולקולרית ניתן לחלק את "להב" סוג הלהב חופף סוג הלהב. מהירות סיבוב לשעבר גבוהה, מהירות שאיבה גדולה אף יותר, הקריטריון האחרון הוא ההפך. המשאבה המולקולרית המשולבת משלבת את היתרונות של קיבולת מיצוי גבוהה של המשאבה המולקולרית של הטורבינה עם היתרונות של יחס דחיסה גדול של המשאבה המולקולרית המתיחה, ומשתמשת ברוטור סיבוב במהירות גבוהה כדי לשאת מולקולות גז כדי להשיג ואקום גבוה במיוחד. איור 1-3 הוא תרשים המבנה שלה.

תאנה. 1-3 מבנה משאבת המולקולרית תרשים

המשאבה יש מהירות של 24,000 סל"ד. החלק הראשון הוא משאבה מולקולרית טורבו עם כמה שלבים של להבים פתוחים, ואת החלק השני הוא רב גרוב משיכה משאבה מולקולארית עם מהירות שאיבה של 460L / s ואת יחס דחיסה של 150 כאשר המהירות היא אפס.

שלוש.   ריופומפ

משאבת קריוגני הוא סוג של משאבה כי מעבה מולקולות הגז כדי להבין שאיבה באמצעות משטח טמפרטורה נמוכה מתחת 20K. זוהי המשאבה עם ואקום הגבול הגבוה ביותר כיום. הוא משמש בעיקר במערכות ואקום גדולות, כגון פיזיקה אנרגיה גבוהה, הכנת חומרים מוליכים, חלל שטח תחנת סימולציה, וכו 'משאבת קריוגני המכונה גם משאבת עיבוי, משאבת cryogenic. על פי עקרון העבודה שלה, זה יכול להיות מחולק משאבת ספיחה cryogenic, משאבת עיבוי cryogenic, משאבת cryogenic מכונת cryogenic. שתי המשאבות הראשונות משתמשות ישירות בנוזל קריוגני (חנקן נוזלי, הליום נוזלי וכו ') לקירור, העלות גבוהה, בדרך כלל רק כאמצעי עזר של שאיבה; המשאבה הקריאוגנית של המקרר היא משאבה המשתמשת בטמפרטורה נמוכה בטמפרטורה נמוכה שנוצרת על ידי המקרר כדי לחלץ את האוויר. המבנה הבסיסי שלה מוצג באיור 1-4. ראש הקירור של השלב הראשון של המקרר מצויד במסך קרינה ובמפגינת קרינה בטמפרטורה של 50-77k, המשמשת לעיבוי ומיצוי של אדי מים ופחמן דו חמצני וגזים אחרים. הצלחת הקרה העמוקה מותקנת על הראש השני ברמה הקרה עם טמפרטורה של 10-20k. משטח המתכת החלק על החלק הקדמי של הצלחת יכול להסיר גזים כגון חנקן וחמצן, בעוד פחמן מופעל בצד הנגדי יכול לספוג גזים כגון מימן, הליום וניאון. המטרה של הסרת כל מיני גזים ניתן להשיג באמצעות הראש קר בשני הקטבים, כדי להשיג את מצב ואקום גבוה במיוחד.

משאבה קריוגנית כמו משאבת ללכוד, ניתן להשתמש כדי ללכוד מגוון של גז מזיקים או דליקים נפץ, לעשות את זה עיבוי על צלחת קירור, על מנת להשיג את המטרה של שאיבה. עם זאת, לאחר תקופה של זמן, המשאבה cryogenic קיבולת פליטה טמפרטורה נמוכה יופחת, ולכן חייב להיות "regenerative" הטיפול, כלומר, הסרת שכבת עיבוי בטמפרטורה נמוכה. התחדשות חייבת לעמוד בדרישות הבאות:

(1) לאחר התחלת תהליך התחדשות, יש לנקות לחלוטין. הסיבה לכך היא כי החימום המקומי יגרום כמות גדולה של אדי מים מרוכז על צלחת מגן להעביר צלחת פנימית cryogenic aspirating, פגיעה קשה את יכולת השאיבה של המשאבה cryogenic.
(2) במהלך התחדשות, שכבת עיבוי צריך להיות מאידך ביציבות, ואת לחץ הגז במערכת לא יעלה על הערך המותר. אחרת, כאשר מימן יוסר, גז דליקים ונפיצים כאלה, ברגע שהוא דולף לאוויר, יהיה סיכון פיצוץ.
(3) במהלך התחדשות, הפחמימן ממשאבת הבמה הקדמית יימנע לחלוטין מלהיכנס למשאבה הקריוגנית כדי לזהם את משטח היניקה, כך שזמן ההפקה יהיה קצר ככל האפשר.

תאנה. דיאגרמה סכמטית של מבנה משאבת קריוגני

סעיף 3 מדידה ואקום

מדידת ואקום מתייחס למדידת גובה ואקום במרחב מסוים עם מכשירים ספציפיים והתקנים. מכשיר זה או המכשיר נקרא מד ואקום (מכשיר, מד). ישנם סוגים רבים של מד ואקום, אשר ניתן לחלק מד ואקום מוחלט מד ואקום יחסית על פי עקרון המדידה. כל מדדי ואקום אשר להשיג ישירות את לחץ הגז על ידי מדידת הפרמטרים הפיזיים הם מדדי ואקום מוחלט, כגון מד לחץ מסוג u ו מד סוג ואקום דחיסה. הפרמטרים הפיזיים הנמדדים על ידי מדדי ואקום כאלה אינם תלויים בהרכב הגז, והמדידה מדויקת יחסית. על ידי מדידת הכמות הפיסית הקשורה ללחץ והשוואת מד הוואקום המוחלט, מד הוואקום שמקבל את ערך הלחץ נקרא מד ה ואקום היחסי, כגון מד הדקה, מד חום ואקום, מד ואקום יינון, אשר מאופיין דיוק המדידה העניים מעט והוא קשור לסוג של גז. בייצור בפועל, למעט כיול ואקום, רוב להשתמש במד יחסית ואקום. סעיף זה בעיקר מציג את עקרון העבודה ומדידת טווח של מד ואקום התנגדות, מד ואקום תרמי מד ויוני ionization .

אחד. התנגדות מד ואקום

מד התנגדות ואקום הוא סוג של מד חום ואקום הולכה, הוא משמש למדוד את הטמפרטורה של חוט חם בחלל ריק, כדי להשיג את תואר ואקום בעקיפין. העיקרון הוא כי הולכה חום של גז בלחץ נמוך קשורה ללחץ, אז איך למדוד את הפרמטרים הטמפרטורה וליצור את הקשר בין התנגדות ולחץ הוא הבעיה שיש לפתור על ידי מד ואקום ההתנגדות.

המבנה של מד ואקום ההתנגדות מוצג באיור 1-5. נימה החימום בתקנה הוא חוט טונגסטן או פלטינה עם מקדם טמפרטורה גבוהה של התנגדות. כאשר מחומם תחת לחץ נמוך חוזק גבוה, החום ש שנוצר על ידי נימה יכול לבוא לידי ביטוי כמו:

Q = Q1 + Q2

איפה Q1 הוא החום של קרינת נימה, אשר קשורה הטמפרטורה נימה; Q2 הוא החום שנלקח על ידי המולקולות של גז התנגשות לתוך נימה, בהתאם ללחץ של הגז. כאשר הטמפרטורה של חוט חם הוא קבוע, Q1 הוא קבוע, כלומר, את החום של קרינה חמה חוט לא משתנה. ב זרם קבוע של תנאי חימום תיל, כאשר הלחץ של מערכת ואקום מצטמצם, מספר המולקולות של הגז בחלל כדי להפחית, Q2 יקטן, החום שנוצר על ידי נימה בשלב זה יהיה גדל יחסית , טמפרטורת נימה עולה, ההתנגדות נימה יגדל, הלחץ בתא ואקום ואת קיומו של קשר כזה בין התנגדות נימה P שמאל -> R לכתוב למטה, ולכן ההתנגדות החשמלית של נימה ניתן להשתמש כדי לקבוע בעקיפין את לחץ.

תאנה. 1-5 התנגדות ואקום מד

מד ואקום ההתנגדות אמצעים ואקום בטווח של 105 ~ 10-2pa. מכיוון שמדובר במדד ואקום יחסית, הלחץ הנמדד תלוי במידה רבה בסוג הגז, ועקומות הכיול שלו הן עבור חנקן יבש או אוויר. לכן, אם הרכב הגז הנמדד משתנה במידה רבה, יש למדוד את תוצאות המדידה במידה מסוימת. בנוסף, לאחר מד ואקום התנגדות משמש במשך זמן רב, חוט חם ייסחף לאפס בשל חמצון. לכן, יש צורך במגע עם האטמוספירה במשך זמן רב או עבודה תחת לחץ גבוה וכוח, וזה לעתים קרובות יש צורך להתאים את הנוכחי לכייל את מיקום האפס.

שתיים. ThermoCouple ואקום מד

איור 1-6 הוא תרשים המבנה של מד ואקום תרמי. מד ואקום תרמי מורכב בעיקר נימה חימום C ו- D (חוט פלטינה) ו תרמי A ו- B (פלטינה רודיום או קבוע, נחושת ניקל, כרום) המשמש למדוד את הטמפרטורה של חוט חם. החיבור התרמי מחובר לתיל החם שבקצה החם ובמיליוולמטר שבמכשיר בקצה הקרה. כוח תרמופלרי תרמי ניתן למדוד מן millivoltmeter. במהלך המדידה, מד תרמי מחובר למערכת ואקום תחת בדיקה, ואת חוט חם מחובר עם זרם קבוע. שונה מד התנגדות ואקום, בשלב זה, חלק מהחום ש שנוצר על ידי נימה יהיה להפיג את ההולכה בין נימה לבין תרמי. כאשר הלחץ של הגז פוחתת, הטמפרטורה בצומת של תרמי עולה עם הטמפרטורה של חוט חם.

איור 1-6 מד ואקום תרמי

תוצאות המדידה של מד ואקום תרמי עבור גזים שונים הם שונים, אשר נובע מוליכות תרמית שונים של מולקולות גז שונות. לכן, בעת מדידת גזים שונים, תיקונים מסוימים צריך להיעשות. טבלה 1-3 מציגה את מקדמי התיקון לכמה גזים או אדים.

טבלה 1-3 מקדמי תיקון עבור גזים ואדים נפוצים

מתוך המדידה של המדידה התרמית הוא בערך 102 ~ 10-1 pa, מדידת הלחץ אינה מאפשרת נמוך מדי, הסיבה לכך היא שכאשר הלחץ נמוך יותר, מולקולות גז חום חום הולכה חום למעטים מאוד, אבל על ידי חוט חם, חוט תרמי הולכה חום וקרינה תרמית שנגרמו על ידי אובדן החום ניתנת עדיפות, השינוי של כוח תרמופלטי תרמי לא ייגרם על ידי שינוי בלחץ.

מד ואקום תרמי יש אינרציה תרמית. כאשר הלחץ משתנה, השינוי של טמפרטורת חוט חם בדרך כלל מפגר במשך זמן מה, ולכן הקריאה של הנתונים צריך גם בפיגור במשך זמן מה. בנוסף, כמו מד ואקום ההתנגדות, נימה החימום של מטר תרמי הוא גם חוט טונגסטן או חוט פלטינה, אשר להיסחף עקב חמצון אם משתמשים בו במשך זמן רב. לכן, זרם החימום צריך להיות מותאם לעתים קרובות את הערך הנוכחי חימום צריך להיות realidated.

שלושה, מד יינון יינון

מד יוניקציה יינון הוא מד ואקום בשימוש נרחב, אשר מבוססת על העיקרון של יינון של מולקולות גז. על פי מקורות שונים של יינון גז, זה יכול להיות מחולק חם קתודה יינון מד ואקום וקטודה יונים קרים ionization ionization. איור 7-1 מציג את המבנה הרגולטורי של מד היינון הכללי, המורכב ברובו משלוש אלקטרודות: נימה פולטת אלקטרונים כמפרש A, השער (הידוע גם כמאיץ) B המאיץ ואיסוף אלקטרונים באופן ספיראלי, גלילי יון אספן C. איפה הפולט מחובר פוטנציאל אפס, האלקטרודה מאיצה מחובר פוטנציאל חיובי (כמה מאות וולט), ואת האלקטרודה איסוף מחובר פוטנציאל שלילי (כמה עשרות וולט). יש שדה דוחה בין B ו- C. עקרון העבודה של מד יינון הוא אלקטרודה פליטה קתודית חם, לאחר מוט האצה, אלקטרונית ביותר טס לאספן, דוחה שדה בין B ו- C, מהירות התנועה האלקטרונית מצטמצם, כאשר המהירות מופחתת לאפס , האלקטרונים לטוס אל B, בזבוב האלקטרוני לחלל B-C, דחו גם אפקט שדה, המהירות מופחתת לאפס, פרצופים אלקטרוניים לאחור לטוס ל- C, התנועה החוזרת ונשנית של האלקטרונים ב- B - C חלל, להתנגש ללא הרף עם מולקולות גז, לייצר מולקולות גז המיוצרות על ידי אנרגיה יינון, האלקטרון היה בסופו של דבר להאיץ את האוסף, ואת היונים החיוביים נוצרים על ידי אוסף יון זרימת אוסף מקובל מאוד ועושה את I +, עבור תקנה מסוימת, כאשר הפוטנציאל של כל אלקטרודה הוא קבוע, אני + יש את הקשר ליניארי הבא עם זרימת אלקטרונים פליטה IE ואת הלחץ של הגז

אני + = kIeP

איפה, k הוא קבוע המידתיות, כלומר הערך הנוכחי של יונים שהושגו תחת היחידה הנוכחית אלקטרוניים יחידת הלחץ, היחידה היא 1 / אבא, אשר ניתן לקבוע באמצעות ניסויים. עבור גזים שונים, גודל k שונה, טווח הקיום שלה הוא בין 4 ל 40. כאשר זרם פליטה הוא קבוע, זרימת יון הוא יחסי רק ללחץ של הגז, ולכן הלחץ של הגז בחלל ריק תא ניתן לקבוע בהתאם לגודל של זרימת יון.

תאנה. 1-7 יינון מד ואקום

טווח המדידה של מד החום המשותף בקטודה החמה הוא 1.33 10-1 - 1.33 10-5pa, והיחסים הלינאריים בין זרימה יונית + + לבין לחץ הגז יפסיד, ללא קשר לגודל המדידה, גבוה או נמוך יותר. כאשר הלחץ הוא גבוה יותר, להגדיל באופן משמעותי את הסיכון של התנגשות בין אלקטרונים מולקולרית פעמים רבות, בשל הפוטנציאל המאיץ מאשר פוטנציאל יינון גז (כמה וולט) הוא הרבה יותר גבוה, כל כך מספיק כדי לגרום יינון גז יינון המיוצר על ידי האלקטרון, כך , תגרום למדד יינון זרימת אלקטרונים גדל באופן דרמטי, בשל צפיפות הגז גבוהה באותו זמן, נתיב חופשי אלקטרון קצר, רוב ההתנגשות התנגשויות אנרגיה נמוכה, לא יכול לגרום יינון, גורמים רבים להוביל גבוה זרימת יון הלחץ ולא לשמור עוד את הקשר ליניארי בין הלחץ; כאשר הלחץ הוא נמוך (פחות מ 1.33 X 10-1 הרשות), תנועה במהירות גבוהה של האלקטרונים כדי accelerometers יהיה לייצר רנטגן רך, רנטגן רנטגן ואז לכיוון אספן יון, C יכול לגרום אספן photemission, emit אלקטרונים, כך יון המקורי זרימת סופרפוזיציה זה אין שום קשר עם הלחץ במעגל המדידה הנוכחי, יון הנוכחי (I) + ולאבד את הקשר ליניארי בין הלחץ של הגז, מד יינון לא יוכל כדי למדוד את הלחץ בתא ואקום.

מד השואב יינון יכול למדוד במהירות ובקלות את הלחץ הכולל של הגז כדי להימדד, הרגולטור הוא קטן בגודל וקל להתחבר. עם זאת, emitter של הרגולטור עשוי חוט טונגסטן. כאשר הלחץ הוא גבוה מ 10-1pa, החיים הרגולטוריים יופחתו מאוד או אפילו נשרפו. כאשר מערכת ואקום חשוף לאווירה, את המשטח הפנימי של פגז זכוכית של מד ואת האלקטרודות יהיה לספוג גזים, אשר ישפיע על הדיוק של המדידה ואקום. לכן, כאשר מערכת ואקום חשוף לאטמוספירה במשך זמן רב או בשימוש במשך תקופה של זמן, תהליך degassing של מד צריך להתבצע באופן קבוע.

IKS PVD, ציפוי ואקום מכונת ייצור מסין, פנה: iks.pvd@foxmail.com