podstawy technologii próżniowej

podstawy technologii próżniowej

W 1643 roku włoski fizyk torricelli zademonstrował słynny eksperyment ciśnienia atmosferycznego, ujawniając istnienie fizycznego stanu „próżni” dla ludzi. W następnych stuleciach, zwłaszcza na początku XX wieku, technologia próżniowa rozwijała się szybko i była szeroko stosowana w dziedzinach wojskowych i cywilnych. Podobnie technologia próżniowa jest również podstawą przygotowania cienkiej warstwy. Prawie wszystkie cienkowarstwowe materiały wytwarza się w próżni lub przy niskim ciśnieniu atmosferycznym. Dlatego w tym rozdziale krótko przedstawimy podstawową wiedzę na temat próżni, zbierania próżni i pomiaru próżni.

Po pierwsze, podstawowa wiedza o próżni

Jeden, jednostka próżni

Ludzki kontakt z próżnią można z grubsza podzielić na dwa rodzaje: jednym jest istnienie próżni kosmicznej, zwanej „naturalną próżnią”; Drugą jest próżnia uzyskiwana przez pompowanie gazów z pojemnika z pompą próżniową. Nazywa się to „sztuczną próżnią”. Próżnia wszelkiego rodzaju nazywana jest próżnią, gdy ciśnienie gazu jest mniejsze niż jedna atmosfera w danej przestrzeni. Stan przestrzeni bez gazu jest często nazywany próżnią absolutną. W ogólnym znaczeniu „próżnia” nie oznacza „nic nie ma”. Obecnie istnieją setki cząsteczek na centymetr sześcienny objętości, nawet przy najniższym możliwym ciśnieniu dzięki najbardziej zaawansowanym technikom przygotowania próżniowego. Dlatego mówiąc o próżni, mamy na myśli względny stan próżni. W technologii próżniowej idiomatyczne określenie „stopień próżni” i „ciśnienie” wielkości fizycznej są powszechnie używane do wyrażania stopnia próżni w pewnej przestrzeni, ale ich znaczenie fizyczne powinno być ściśle rozróżniane. Niższe ciśnienie w przestrzeni oznacza wyższą próżnię, podczas gdy przestrzeń wyższego ciśnienia oznacza niższą próżnię.

Jedna z najwcześniejszych i najczęściej używanych jednostek ciśnienia, milimetrowa rtęć (mmHg), mierzy próżnię bezpośrednio, mierząc jej długość. Zwłaszcza w przypadku zastosowania pneumatycznego rozrządu Torricelli milimetr jako pomiar ciśnienia jest bardziej intuicyjny. Ale w 1958 r. Na pamiątkę torricelli zamiast MMHG użyto „Torr”. 1 torr to ciśnienie na jednostkę powierzchni 1 MMHG MMHG w stanie standardowym, wyrażone jako 1 torr = 1 MMHG. W 1971 roku międzynarodowa konferencja metrologiczna formalnie określiła „PASCAL” jako międzynarodową jednostkę ciśnienia gazu, 1 Pa = 1 N / m2 7,5 10-3 tony. Tabela 1-1 pokazuje jednostki ciśnienia powszechnie stosowane w obecnej technologii próżni i ich relacje konwersji.

Tabela 1-1 Relacje konwersji kilku jednostek ciśnienia

Dwa. Podział regionów próżniowych

Aby zbadać próżnię i uczynić ją wygodną w praktyce, próżnia jest często dzielona na następujące obszary zgodnie z różnymi właściwościami fizycznymi każdego zakresu ciśnienia:

Szorstka próżnia: 1 x 105 ~ 1 x 102 Pa
Niska próżnia: 1 x 102 ~ 1 x 10-1pa
Wysoka próżnia: 1 x 10-1 ~ 1 x 10-6pa
Ultra wysoka próżnia: <> x 10-6pa

Właściwości ruchu gazów w różnych obszarach próżni są różne. W trudnej próżni przestrzeń gazowa jest w przybliżeniu w stanie atmosferycznym, a cząsteczki są nadal głównie w ruchu termicznym, a zderzenia między cząsteczkami są bardzo częste. Niska próżnia to przejście przepływu cząsteczek gazu ze stanu przepływu lepkiego do stanu cząsteczkowego. Po osiągnięciu wysokiej próżni przepływ cząsteczek gazu stał się przepływem molekularnym, a zderzenia między cząsteczkami gazu i ścianami zbiornika są głównie, a liczba zderzeń jest znacznie zmniejszona. Przy ultrawysokiej próżni w gazie jest mniej cząsteczek, prawie nie dochodzi do kolizji między cząsteczkami, a molekuły mają mniejszą szansę na zderzenie ze ścianą.

Trzy. Adsorpcja i desorpcja gazów przez ciała stałe

W technologii próżniowej często spotykane są różne gazy, a zjawisko adsorpcji i desorpcji tych gazów na powierzchni stałej jest bardzo powszechne, co ma ogromne znaczenie dla technologii wysokiej próżni, zwłaszcza technologii ultrawysokiej próżni. Na przykład, aby poprawić stopień próżni w rurze, części należy odgazować z wyprzedzeniem. Proces ten jest procesem cząsteczek gazu na desorpcji powierzchni stałej. Przy desorpcji gazu w pojemniku powstaje pewien stopień próżni. Ponadto w urządzeniach próżniowych często wytwarza się różne pompy adsorpcyjne, stosując zasadę adsorpcji w celu uzyskania wysokiej próżni. Czasami zdolność do adsorbowania dużej liczby cząsteczek gazu na czystej powierzchni jest również wykorzystywana do uzyskania próżni.

Tak zwana adsorpcja gazu to zjawisko wychwytywania cząsteczek gazu na powierzchni stałej, które można podzielić na adsorpcję fizyczną i adsorpcję chemiczną. Adsorpcja fizyczna nie ma selektywności i każdy gaz może pojawić się na powierzchni stałej, co jest spowodowane głównie wzajemnym przyciąganiem między cząsteczkami. Desorpcja jest łatwa w fizycznie zaadsorbowanym gazie, a adsorpcja jest skuteczna tylko w niskiej temperaturze. Z drugiej strony adsorpcja chemiczna zachodzi w wyższej temperaturze. Podobnie jak reakcje chemiczne, gaz nie jest łatwy do desorpcji, ale adsorpcja może wystąpić tylko wtedy, gdy atomy na powierzchni gazu i ciała stałego wchodzą w kontakt ze sobą, tworząc związki. Desorpcja gazu jest odwrotnym procesem adsorpcji gazu. Proces, w którym cząsteczki gazu zaadsorbowanego na stałej powierzchni są uwalniane z powierzchni stałej, jest zwykle nazywany desorpcją gazu.

W technologii próżniowej zawsze występuje zjawisko adsorpcji i desorpcji gazu na powierzchni stałej. Zasadniczo głównymi czynnikami wpływającymi na adsorpcję i desorpcję gazu na powierzchni stałej są ciśnienie gazu, temperatura ciała stałego, gęstość gazu zaadsorbowanego na powierzchni stałej i właściwości samego ciała stałego, takie jak stopień gładkości powierzchni i czystość . Gdy temperatura powierzchni stałej jest wysoka, cząsteczki gazu są łatwe do desorpcji. Oprócz powyższych efektów, w niektórych pompach próżniowych i miernikach próżni ze zjawiskiem jonizacji występują różne stopnie absorpcji elektrycznej i wychwytywania chemikaliów, które również przyspieszą adsorpcję ciała stałego do gazu. Wśród nich absorpcja elektryczna odnosi się do tworzenia się dodatnich jonów po jonizacji cząsteczek gazu. Pozytywne jony mają silniejszą aktywność chemiczną niż neutralne cząsteczki gazu, więc często tworzą fizyczną lub chemiczną adsorpcję ze stałymi cząsteczkami. Usuwanie chemiczne zachodzi, gdy aktywne metale (takie jak bar, tytan itp.) Odparowują próżniowo, tworząc związki z cząsteczkami gazu innego niż obojętny, co powoduje adsorpcję chemiczną.

Sekcja dwie akwizycje próżniowe

Nabywanie próżni jest często nazywane „pompowaniem próżniowym”, to znaczy, że z różnych pojemników z gazem będzie pompowane różne pompy próżniowe, tak że ciśnienie w przestrzeni jest niższe niż jedna atmosfera. Obecnie powszechnie stosowane urządzenia próżniowe obejmują obrotową mechaniczną pompę próżniową, pompę dyfuzyjną oleju, mieszaną pompę molekularną, pompę adsorpcyjną z sitem molekularnym, pompę do sublimacji tytanu, pompę jonową do rozpylania i pompę kriogeniczną. Pierwsze trzy pompy próżniowe należą do pompy do przesyłu gazu, to znaczy poprzez ciągłe wdychanie gazu i z pompy próżniowej w celu osiągnięcia celu wydechu; Ostatnie cztery pompy próżniowe należą do pompy wychwytującej gaz, która jest rodzajem przestrzeni zasysającej gaz, która zostanie zasysana, aby osiągnąć wymagany stopień próżni, wykorzystując unikalny efekt ssania różnych materiałów getterowych. Ponieważ te pompy wychwytujące pracują bez oleju jako medium, nie są również nazywane pompą olejową. Tabela 1-2 przedstawia zakresy ciśnienia roboczego dla kilku powszechnie stosowanych pomp próżniowych i ogólnie dostępnych ciśnień granicznych. Ostateczne ciśnienie jest jednym z ważnych parametrów reprezentujących wydajność pompy próżniowej. Odnosi się do minimalnego ciśnienia, gdy standardowy pojemnik jest używany jako obciążenie, a pompa pracuje normalnie w określonych warunkach przez pewien okres czasu, a stopień podciśnienia nie zmienia się, ale jest stabilny. Przerywane linie w tabeli pokazują obszary, które pompa próżniowa może zostać przedłużona w połączeniu z innymi urządzeniami.

Tabela 1-2 zakres ciśnienia roboczego kilku popularnych pomp próżniowych

Jak widać z tabeli, ciśnienie reprezentujące stopień próżni zmienia się w zakresie ponad dziesięciu rzędów wielkości. Jeśli powietrze jest pompowane z atmosfery, trudno jest osiągnąć bardzo wysoki stopień próżni tylko przy użyciu jednej pompy próżniowej, to znaczy żadna pompa próżniowa nie może pokryć zakresu roboczego od ciśnienia atmosferycznego do 10-8pa. Dwie lub trzy pompy próżniowe są często łączone w celu utworzenia złożonego układu wydechowego w celu uzyskania wymaganej wysokiej próżni. Na przykład, w układzie próżni olejowej, ciśnienie 10-6 ~ 10-8pa można uzyskać za pomocą urządzenia kombinowanego pompy mechanicznej uszczelnienia olejowego (oba bieguny) i pompy dyfuzyjnej oleju. W systemie bezolejowym ciśnienie 10-6 ~ 10-9pa można uzyskać za pomocą pompy adsorpcyjnej + pompy jonowej rozpylacza + urządzenia pompy sublimacyjnej tytanu. Czasami będzie mieszanka olejowa, bezolejowa, taka jak zastosowanie pompy mechanicznej + urządzenie pompy molekularnej złożonej może uzyskać bardzo wysoką próżnię. Pompa mechaniczna i pompa adsorpcyjna są od ciśnienia atmosferycznego do rozpoczęcia pompowania, często określane jako „pompa przednia”, a te mogą być tylko od niższego ciśnienia do pompy próżniowej o niższym ciśnieniu, znanej jako „pompa wtórna”. Ta sekcja skupi się na strukturze i zasadzie działania pompy mechanicznej, złożonej pompy molekularnej i pompy kriogenicznej.

O nie . Obrotowa łopatkowa mechaniczna pompa próżniowa

Ogólne zastosowanie ruchu mechanicznego (obrotowego lub ślizgowego) w celu uzyskania pompy próżniowej, znanej jako pompa mechaniczna. Jest to typowa pompa próżniowa, która może zacząć od ciśnienia atmosferycznego. Może być stosowany samodzielnie lub jako pompa przednia z pompą wysokopróżniową lub ultra wysoką pompą próżniową. Ponieważ ta pompa ma uszczelnienie olejowe, należy do pompy próżniowej typu olejowego. Ten rodzaj pompy mechanicznej zwykle ma typ łopatkowy, typu łopatkowego i suwakowego (znany również jako typ tłoka), spośród których najczęściej stosowana jest pompa mechaniczna typu łopatkowego.

Obrotowa łopatkowa pompa próżniowa jest olejem do utrzymywania uszczelnienia pomiędzy ruchomymi częściami i środkami mechanicznymi, tak że objętość przestrzeni uszczelniającej zwiększała się okresowo, to znaczy pompowała; Zredukować, wydychać, osiągnąć cel, który w sposób ciągły usuwa gaz i spaliny. FIGA. 1-1 to schemat struktury jednostopniowej pompy łopatkowej. Korpus pompy składa się głównie ze stojana, wirnika, łopatki obrotowej, rury wlotowej i rury wydechowej. Końce stojana są uszczelnione, tworząc szczelną komorę pompy. Komora pompy, ekscentrycznie wyposażona w wirnik, rzeczywisty odpowiednik dwóch kół wpisanych. Otwór otwierający otwiera się wzdłuż osi wirnika, w którym znajdują się dwa kawałki łopat wirnika. Środkowa część łopat wirnika jest połączona ze sprężyną, a sprężyna powoduje, że łopaty wirnika zawsze przesuwają się wzdłuż wewnętrznej ściany stojana, gdy wirnik się obraca.

Jak pokazano na FIG. 1-1, łopatka obrotowa 2 dzieli komorę pompy na części A i B. Gdy łopatka obrotowa obraca się w kierunku podanym na figurze, ponieważ ciśnienie przestrzeni za łopatką obrotową 1 jest mniejsze niż ciśnienie na wlocie powietrza, gaz jest zasysany przez wlot powietrza, jak pokazano na FIG. 1-2 (A). Rysunek 1-2 (b) pokazuje odcięcie wdechu. W tym momencie pompa do maksymalnego poboru gazu zaczęła się kompresować; Gdy wirnik kontynuuje ruch do pozycji pokazanej na 1-2 (c), sprężanie powietrza zwiększa ciśnienie w przestrzeni za wirnikiem 1. Gdy ciśnienie jest wyższe niż 1 atmosfera, gaz wypycha zawór wylotowy w celu odprowadzenia gazu. Kontynuując ruch, wirnik powraca do położenia pokazanego na FIG. 1-1. Wydech się skończył, a następny cykl wlotu i wylotu zostaje wznowiony. Najwyższa próżnia jednostopniowej pompy łopatkowej może osiągnąć 1 Pa, podczas gdy dwustopniowa pompa łopatkowa może osiągnąć 10-2 Pa.

FIGA. Schemat struktury 1-1 pompy łopatkowej

FIGA. 1-2 schemat schematyczny pompy łopatkowej

W wyniku pracy pompy, stojana, wirnika wszystkich zanurzonych w oleju, w każdej inhalacji, cykl wydechowy będzie miał niewielką ilość oleju do pojemnika, więc wymagania mechanicznego oleju pompy mają niską prężność pary nasyconej i pewne smarowność, lepkość i wyższa stabilność.

Dwa. Mieszana pompa molekularna

Pompa molekularna jest ważnym rozwinięciem mechanicznej pompy próżniowej łopatkowej. Podobnie jak pompa mechaniczna, pompa molekularna jest również pompą do przesyłu gazu, ale jest to pompa bezolejowa, którą można połączyć z przednim urządzeniem pompującym, aby uzyskać ultra wysoką próżnię. Obecnie pompa molekularna może być podzielona na pompę trakcyjną (pompę ciśnieniową), pompę molekularną turbiny i kompozytową pompę molekularną trzech kategorii. Wśród nich pompa trakcyjna w strukturze jest prostsza, mała prędkość, ale stopień kompresji jest duży; Pompa molekularna Turbo może być podzielona na ostrze typu „otwartego” i typu nakładającego się ostrza. Poprzednia prędkość obrotowa jest wysoka, prędkość pompowania jest również większa, drugie kryterium jest przeciwne. Złożona pompa molekularna łączy zalety wysokiej wydajności ekstrakcji pompy molekularnej turbiny z zaletami dużego stopnia sprężania pompy molekularnej trakcyjnej i WYKORZYSTUJE szybki wirnik obrotowy do przenoszenia cząsteczek gazu w celu uzyskania ultra wysokiej próżni. Rysunek 1-3 przedstawia schemat jego struktury.

FIGA. 1-3 schemat struktury molekularnej pompy

Pompa ma prędkość 24 000 obrotów na minutę. Pierwsza część to turbo pompa molekularna z kilkoma etapami otwartych łopatek, a druga część to wieloczęściowa trakcyjna pompa molekularna o prędkości pompowania 460 l / s oraz stopniu sprężania 150, gdy prędkość wynosi zero.

Trzy.   C ryopump

Pompa kriogeniczna jest rodzajem pompy, która skrapla cząsteczki gazu w celu realizacji pompowania przy użyciu powierzchni o niskiej temperaturze poniżej 20K. Jest to pompa o najwyższej obecnie próżni granicznej. Jest on stosowany głównie w dużych systemach próżniowych, takich jak fizyka wysokich energii, przygotowanie materiałów nadprzewodzących, stacja symulacji przestrzeni kosmicznej itp. Pompa kriogeniczna znana również jako pompa kondensacyjna, pompa kriogeniczna. Zgodnie z jego zasadą pracy można go podzielić na kriogeniczną pompę adsorpcyjną, kriogeniczną pompę kondensacyjną, kriogeniczną pompę kriogeniczną. Dwie pierwsze pompy wykorzystują bezpośrednio do chłodzenia ciecz kriogeniczną (ciekły azot, ciekły hel itp.), Koszt jest wysoki, zwykle tylko jako pomocniczy środek pompowania; Pompa kriogeniczna chłodziarki jest pompą, która WYKORZYSTA głęboką niską temperaturę wytwarzaną przez lodówkę w celu usunięcia powietrza. Jego podstawowa struktura jest pokazana na rysunku 1-4. Głowica chłodząca pierwszego stopnia lodówki jest wyposażona w ekran promieniowania i przegrodę radiacyjną w temperaturze 50-77k, która jest używana do kondensacji i ekstrakcji pary wodnej oraz dwutlenku węgla i innych gazów. Głęboka zimna płyta jest instalowana na zimnej głowicy drugiego poziomu o temperaturze 10-20k. Gładka metalowa powierzchnia z przodu płyty może usuwać gazy, takie jak azot i tlen, podczas gdy węgiel aktywny po przeciwnej stronie może absorbować gazy, takie jak wodór, hel i neon. Cel usuwania wszelkiego rodzaju gazów można osiągnąć przez zimną głowicę na obu biegunach, aby uzyskać stan ultra wysokiej próżni.

Pompa kriogeniczna jako pompa wychwytująca, może być używana do wychwytywania różnych gazów, w tym gazów szkodliwych lub łatwopalnych i wybuchowych, skraplając ją na płycie chłodniczej, aby osiągnąć cel pompowania. Jednak po pewnym czasie wydajność pompy niskotemperaturowej pompy kriogenicznej zostanie zmniejszona, tak więc musi być obróbka „regeneracyjna”, to znaczy usunięcie niskotemperaturowej warstwy kondensacyjnej. Regeneracja musi spełniać następujące wymagania:

(1) Po rozpoczęciu procesu regeneracji musi on zostać całkowicie wyczyszczony. Dzieje się tak dlatego, że lokalne ogrzewanie spowoduje przeniesienie dużej ilości skroplonej pary wodnej na płytę ekranującą na wewnętrzną kriogeniczną płytę zasysającą, poważnie uszkadzając wydajność pompowania pompy kriogenicznej.
(2) podczas regeneracji warstwa kondensacyjna powinna być stabilnie odparowana, a ciśnienie gazu w systemie nie może przekraczać dopuszczalnej wartości. W przeciwnym razie, gdy wodór zostanie usunięty, taki łatwopalny i wybuchowy gaz, gdy wycieknie do powietrza, wystąpi ryzyko wybuchu.
(3) podczas regeneracji węglowodór z pompy przedniego stopnia powinien być ściśle uniemożliwiony przedostaniem się do pompy kriogenicznej w celu skażenia powierzchni ssania, tak więc czas ekstrakcji powinien być możliwie jak najkrótszy.

FIGA. 1-4 schematyczny schemat konstrukcji pompy kriogenicznej

Część trzecia pomiar próżni

Pomiar próżni odnosi się do pomiaru wysokości próżni w określonej przestrzeni za pomocą określonych przyrządów i urządzeń. Ten instrument lub urządzenie nazywa się miernikiem próżni (przyrząd, miernik). Istnieje wiele rodzajów próżniomierza, które można podzielić na bezwzględny próżniomierz i względny próżniomierz zgodnie z zasadą pomiaru. Wszystkie mierniki próżni, które bezpośrednio uzyskują ciśnienie gazu poprzez pomiar parametrów fizycznych, są próżniomierzami absolutnymi, takimi jak manometr typu U i ciśnieniomierz manometryczny. Parametry fizyczne mierzone za pomocą takich mierników próżni są niezależne od składu gazu, a pomiar jest względnie dokładny. Mierząc fizyczną wielkość związaną z ciśnieniem i porównując z bezwzględnym miernikiem próżni, miernik próżni, który uzyskuje wartość ciśnienia, nazywany jest względnym próżniomierzem, takim jak próżniowy miernik próżni, próżniowy miernik przewodzenia ciepła, próżniowy jonizator, itd., który charakteryzuje się nieco słabą dokładnością pomiaru i jest związany z rodzajem gazu. W rzeczywistej produkcji, z wyjątkiem kalibracji próżniowej, większość używa względnego miernika próżni. W tej części przedstawiono głównie zasadę działania i zakres pomiarowy próżniomierza oporowego, miernika próżni termoelektrycznej i próżniomierza jonizacyjnego .

Jeden. oporowy miernik próżni

Rezystancyjny miernik próżni jest rodzajem próżniomierza przewodzącego ciepło, służy do pomiaru temperatury gorącego drutu w próżni, tak aby uzyskać pośrednio stopień próżni. Zasada polega na tym, że przewodzenie ciepła gazu pod niskim ciśnieniem jest związane z ciśnieniem, więc jak zmierzyć parametry temperatury i ustalić zależność między oporem a ciśnieniem, problem należy rozwiązać za pomocą oporowego miernika próżni.

Strukturę oporowego miernika próżni pokazano na rysunku 1-5. Żarnik grzewczy w regulacji to drut wolframowy lub platynowy o wysokim współczynniku oporu cieplnego. Po ogrzaniu pod niskim ciśnieniem i wysokiej wytrzymałości ciepło Q generowane przez włókno można wyrazić jako:

Q = Q1 + Q2

Gdzie Q1 to ciepło promieniowania żarnika, które jest związane z temperaturą żarnika; Q2 to ciepło odbierane przez cząsteczki gazu wpadającego do włókna, w zależności od ciśnienia gazu. Gdy temperatura gorącego drutu jest stała, Q1 jest stałe, to znaczy ciepło promieniowania gorącego drutu nie zmienia się. Przy stałym prądzie w warunkach ogrzewania drutu, gdy ciśnienie układu próżniowego zostanie zmniejszone, liczba cząsteczek gazu w przestrzeni do zmniejszenia, Q2 zmniejszy się, ciepło wytwarzane przez włókno w tym czasie będzie względnie zwiększone , wzrost temperatury żarnika, opór żarnika wzrośnie, ciśnienie w komorze próżniowej i istnienie takiej zależności między oporem żarnika P lewo -> R zapiszą, więc opór elektryczny żarnika może być użyty do pośredniego określenia nacisk.

FIGA. 1-5 oporowy miernik próżni

Miernik próżni oporowej mierzy podciśnienie w zakresie 105 ~ 10-2 Pa. Ponieważ jest to względny miernik próżni, zmierzone ciśnienie w dużej mierze zależy od rodzaju gazu, a jego krzywe kalibracji dotyczą wyłącznie suchego azotu lub powietrza. Dlatego też, jeśli zmierzony skład gazu zmienia się znacznie, wyniki pomiarów powinny być do pewnego stopnia zmodyfikowane. Ponadto, po zastosowaniu przez dłuższy czas oporowego miernika próżni, gorący drut dryfuje do zera w wyniku utleniania. Dlatego konieczne jest unikanie kontaktu z atmosferą przez długi czas lub praca pod wysokim ciśnieniem i wytrzymałością, a często konieczne jest dostosowanie prądu, aby skalibrować pozycję zerową.

Dwa. Wskaźnik próżni ThermoCouple

Rysunek 1-6 przedstawia schemat struktury miernika próżni termopary. Termoelektryczny miernik próżni składa się głównie z włókna grzewczego C i D (drut platynowy) oraz termopary A i B (platynowo-rodowej lub stałej-miedziowo-niklowo-chromowej) używanych do pomiaru temperatury gorącego drutu. Termopara jest podłączona do gorącego przewodu na gorącym końcu i miliwoltomierza w urządzeniu na zimnym końcu. Siłę elektromotoryczną termopary można zmierzyć z miliwoltomierza. Podczas pomiaru miernik termopary jest podłączony do testowanego układu próżniowego, a gorący przewód jest połączony stałym prądem. W odróżnieniu od oporowego miernika próżni, w tym czasie część ciepła Q generowanego przez żarnik będzie rozpraszać się w przewodzeniu między żarnikiem a termoparą. Gdy ciśnienie gazu spada, temperatura na połączeniu termopary wzrasta wraz z temperaturą gorącego drutu.

Rysunek 1-6 Wskaźnik próżni termopary

Wyniki pomiarów próżniomierza termoparowego dla różnych gazów są różne, co wynika z różnej przewodności cieplnej różnych cząsteczek gazu. Dlatego przy pomiarach różnych gazów należy dokonać pewnych poprawek. Tabela 1-3 pokazuje współczynniki korekcyjne dla niektórych gazów lub par.

Tabela 1-3 współczynniki korygujące dla zwykłych gazów i par

Z zakresu pomiarowego miernika termoelementów jest w przybliżeniu 102 ~ 10-1 pa, pomiar ciśnienia nie pozwala na zbyt niskie, to dlatego, że gdy ciśnienie jest niższe, cząsteczki gazu przewodzą ciepło cieplne uciekają do bardzo niewielu, ale przez gorący drut, drut termopary pierwszeństwo ma przewodzenie ciepła i promieniowanie cieplne spowodowane utratą ciepła, zmiana siły elektromotorycznej termopary nie będzie powodowana przez zmianę ciśnienia.

Miernik próżni termopary ma bezwładność cieplną. Gdy zmienia się ciśnienie, zmiana temperatury gorącego drutu zwykle pozostaje w tyle przez pewien czas, więc odczyt danych powinien również pozostać w tyle przez pewien czas. Ponadto, podobnie jak oporowy miernik próżni, żarnik grzejny miernika termopary jest również drutem wolframowym lub drutem platynowym, który dryfuje z powodu utleniania, jeśli jest używany przez długi czas. Dlatego prąd grzewczy powinien być często regulowany, a wartość prądu grzewczego powinna być ponownie obliczona.

Trzy, jonizacyjny miernik próżni

Miernik próżni jonizacyjnej jest powszechnie stosowanym miernikiem próżni, który opiera się na zasadzie jonizacji cząsteczek gazu. Według różnych źródeł jonizacji gazu, można go podzielić na jonizator próżniowy z gorącą katodą i jonizator próżniowy z zimną katodą. Rysunek 1-7 przedstawia strukturę regulacyjną ogólnego miernika jonizacji, który składa się głównie z trzech elektrod: włókno emitujące elektrony jako emiter A, brama (znana również jako akcelerator) B, która przyspiesza i zbiera elektrony spiralnie, oraz cylindryczny kolektor jonów C. Jeżeli emiter jest podłączony do potencjału zerowego, elektroda przyspieszająca jest podłączona do potencjału dodatniego (kilkaset woltów), a elektroda zbiorcza jest podłączona do potencjału ujemnego (kilka dziesiątek woltów). Pomiędzy B i C występuje pole odpychające. Zasada działania miernika jonizacji to elektron emitujący gorącą katodę, po biegunie przyspieszenia, większość elektroniki poleciała do kolektora, odrzuca pole między B i C, prędkość elektronicznego ruchu jest zmniejszona, gdy prędkość zmniejszy się do zera , elektrony lecące do B, w elektronicznym locie do przestrzeni B-C, były także efektem pola odrzucenia, prędkość jest zredukowana do zera, elektroniczne twarze do tyłu latają do C, powtarzalny ruch elektronów w B-C przestrzeń, aby stale zderzać się z molekułami gazu, wytwarzać cząsteczki gazu wytwarzane przez energię jonizacji, elektron ostatecznie przyspieszył zbieranie, a jony dodatnie są generowane przez zbiór jonizacji przepływu jonów wysoce akceptowany i tworzący I +, dla pewnej regulacji, kiedy potencjał każdej elektrody jest stały, I + ma następującą liniową zależność z emisyjnym przepływem elektronów Ie i ciśnieniem gazu

I + = kIeP

Gdzie k jest stałą proporcjonalności, co oznacza bieżącą wartość jonów uzyskanych w jednostkowym prądzie elektronicznym i ciśnieniu jednostkowym, jednostka wynosi 1 / Pa, co można określić na podstawie eksperymentów. Dla różnych gazów wielkość k jest różna, a jej zasięg istnienia wynosi od 4 do 40. Gdy prąd emisji jest stały, przepływ jonów jest proporcjonalny tylko do ciśnienia gazu, więc ciśnienie gazu w próżni komora może być określona zgodnie z wielkością przepływu jonów.

FIGA. 1-7 jonizator próżniowy

Zakres pomiarowy wspólnego miernika próżni z gorącą katodą wynosi 1,33 10-1 - 1,33 10-5pa, a liniowa zależność między przepływem jonowym I + a ciśnieniem gazu straci bez względu na to, czy granica pomiaru jest wyższa czy niższa. Gdy ciśnienie jest wyższe, znacznie zwiększa ryzyko kolizji elektronu i molekularnego wiele razy, ze względu na potencjał przyspieszający niż potencjał jonizacji gazu (kilka woltów) jest znacznie wyższy, więc wystarcza, aby spowodować jonizację jonizacji gazu wytwarzaną przez elektron, więc , sprawi, że wskaźnik jonizacji przepływu elektronów wzrośnie dramatycznie, z powodu wysokiej gęstości gazu w tym samym czasie, wolna od elektronów ścieżka jest krótka, większość kolizji do zderzeń o niskiej energii, nie może powodować jonizacji, wiele czynników prowadzi do wysokich ciśnieniowy przepływ jonów i nie utrzymuje już liniowej zależności między ciśnieniem; Gdy ciśnienie jest niskie (mniej niż 1,33 X 10-1 pa), szybki ruch elektronów do przyspieszeniomierzy da miękkie promieniowanie rentgenowskie, miękkie promieniowanie rentgenowskie, a następnie w kierunku kolektora jonów, C może spowodować kolektor fotoemisji, wyemitować elektrony, tak że oryginalna superpozycja przepływu jonowego nie ma nic wspólnego z ciśnieniem w obwodzie pomiarowym prądu, prądem jonowym (I) + i traci liniową zależność między ciśnieniem gazu, miernik jonizacji nie będzie w stanie do pomiaru ciśnienia w komorze próżniowej.

Jonizacyjny miernik próżni może szybko i stale mierzyć całkowite ciśnienie mierzonego gazu, a regulator jest mały i łatwy do podłączenia. Jednak emiter regulatora jest wykonany z drutu wolframowego. Gdy ciśnienie jest wyższe niż 10-1pa, żywotność regulatora będzie znacznie zmniejszona lub nawet spalona. Gdy system próżniowy zostanie wystawiony na działanie atmosfery, wewnętrzna powierzchnia szklanej skorupy miernika i elektrody będą absorbować gazy, co wpłynie na dokładność pomiaru próżni. Dlatego też, gdy system próżniowy jest wystawiony na działanie atmosfery przez długi czas lub jest używany przez pewien czas, proces odgazowania miernika powinien być przeprowadzany regularnie.

IKS PVD, produkcja maszyn do powlekania próżniowego z Chin, kontakt: iks.pvd@foxmail.com