Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» Иванов И. Г. Вакуумный практикум (учебно-методическое пособие)
|
Скачать 0.61 Mb.
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ к работе № 1 (Контрольные вопросы включают задания 1–9 в виде теста. Выберите правильный, с Вашей точки зрения, ответ и сравните с ответами, приведенными на стр. 55) 1. При поиске течи методом опрессовки в проверяемом объеме создается: А.пониженное давление; Б.повышенное давление; В.поддерживается давление, равное атмосферному. 2. В манометрическом методе поиска течи смачивание места течи легколетучей жидкостью должно приводить к: А.понижению полного давления; Б.повышению полного давления; В. давление измениться не должно. 3. Обнаружить течь в системе из стекла со стеклянными кранами можно: А. искровым методом; Б. газоаналитическим методом, В. методом опрессовки. 4. Обнаружить течь в системе из металла можно: А. искровым методом; Б. газоаналитическим методом, В. методом опрессовки. 5. Пробный газ в течеискании должен удовлетворять требованию: А.присутствовать в атмосферном воздухе лаборатории; Б. отсутствовать в атмосферном воздухе лаборатории; В.иметь высокий потенциал ионизации. 6. Вид тока в первичной обмотке катушки Румкорфа, питаемой постоянным током: А.переменный; Б.постоянный; В.постоянный пульсирующий. 7. Вид тока во вторичной (высоковольтной) обмотке катушки Румкорфа, питаемой постоянным током: А.переменный; Б.постоянный; В.постоянный пульсирующий. 8. Электрический разряд при длине межэлектродного промежутка L порядка 15см в газе низкого давления имеет место, а при атмосферном давлении отсутствует, т.к.: А. в первом случае электронная лавина возникает, а во втором – нет; Б. во втором случае электрон на длине свободного пробега не набирает энергию, необходимую для ионизации газа; В. в первом случае электрон на длине свободного пробега не набирает энергию, необходимую для ионизации газа. 9. Выделение пробного газа масс-спектрометром при использовании его в качестве индикатора пробного газа основано: А. на различиях в потенциалах ионизации пробного и основного газов; Б.на изменении траектории электронов, движущихся в магнитном поле; В. на зависимости радиуса траектории положительных ионов, движущихся в магнитном поле от их массы. 10. Объясните почему электроискровой метод поиска течи не может быть применен для металлических деталей вакуумной установки? 11. Спектр излучения какого (каких) газов наблюдается в разрядной трубке при отсутствии пробного газа?... при наличии пробного газа (паров спирта)? 12. Для катушки Румкорфа, питаемой постоянным током, постройте графики: – изменения тока в первичной обмотке, – напряжения во вторичной обмотке. Лабораторная работа № 2 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ДАВЛЕНИЙ 2.1.Цель работы: Знакомство с теорией и техникой получения вакуума, методами измерения малых давлений, используемыми в физическом эксперименте, а также с методами градуировки тепловых манометров-вакуумметров по абсолютному манометру. 2.2. Перед выполнением работы необходимо: – изучить способы получения вакуума: принцип действия и типы вакуумных насосов, вакуумных кранов (Литература [1]–с.9–20, [2]–с.79–136, [3]–с.60–105, 177–182 ), – познакомиться с принципом действия манометров-вакуумметров различных типов, в том числе тепловых (термопарного и манометра сопротивления) и гидростатического компрессионного манометра Мак–Леода ( [1]–с.20–30, [2] – с.136–155, [3] – с.106–147). – изучить влияние рода газа на показания тепловых манометров-вакуумметров ( [1]–с.20–30, [2] – с.136–155, [3] – с.106–147). 2.3. Отчет по работе должен содержать: –название и цель лабораторной работы, –схему лабораторной установки, –вывод рабочей формулы для гидростатического компрессионного манометра Мак–Леода p(h), –методику градуировки тепловых манометров с помощью «абсолютного» манометра Мак–Леода, –градуировочные кривые для термопарного манометра и манометра сопротивления. 2.4. Схема лабораторной установки Обозначения, использованные на схеме ( рис. 2.1 ): ФН–объемно–механический ротационный (форвакуумный) насос, ММ–Л – «абсолютный» гидростатический компрессионный манометр Мак–Леода, ТМ – датчик теплового термопарного манометра-вакуумметра (ПМТ-2), ВТ – вакуумметр термопарный (ВТ-2, ВТ-3 или ВИТ) (схема питания и регистрации для ТМ), МС – тепловой манометр-вакуумметр сопротивления (манометр Пирани) (датчик и схема регистрации). К1–К3 – вакуумные трёхходовые краны. Краном К1 к системе может быть подключен либо форвакуумный насос ФН, либо насос другого типа. Кран К2 предназначен для пуска атмосферного воздуха во входной патрубок ФН после его останова при выключении установки, а также для подключения ФН к насосу другого типа (при откачке форвакуумным насосом ФН кран К2 находится в нейтральном положении), кран К3 – «раздаточный», с его помощью проверяемый на наличие течи объём ПО, может быть подключён к системе. 2.5. Принцип действия тепловых манометров-вакуумметров Измерение давления в данной работе электрическими методами производится с помощью тепловых манометров-вакуумметров двух типов: «термопарного» манометра и манометра «сопротивления» (манометра Пирани), которые предназначены для измерения давлений в диапазоне от 0,2 до 10–4 мм рт.ст. и являются приборами косвенных измерений. Электрические схемы тепловых манометров показаны на рис.2.2. Для их градуировки применяется «абсолютный» компрессионный гидростатический манометр Мак-Леода. Датчик термопарного манометра (рис. 2.2,a) содержит нить 1, нагреваемую током от выпрямителя и соединенную с термопарой 2, предназначенной для контроля температуры нити. Температура нити и э.д.с. термопары зависят от теплопроводности газа, т.е. от рода газа и величины его давления в колбе датчика. Величина тока I через нить (называемую в ряде приборов–«нагревателем») может регулироваться с помощью переменного резистора R. Измерительный прибор ИП может или контролировать ток в цепи нити (переключатель П – в положении «Ток нагревателя» или измерять термо-э.д.с. термопары датчика (переключатель П – в положении «Измерение»). На рис. 2.2,б показана схема манометра сопротивления. Датчиком его является нагреваемая постоянным током (от выпрямителя Выпр) вольфрамовая нить, температура и сопротивление R которой оказывается однозначно связанным с родом газа и величиной его давления. Добавочное сопротивление Rд в цепи датчика подобрано таким (Rд>>R), что изменение сопротивления нити (при изменении давления p ) практически не изменяет величину тока I в цепи, т.е. I = Const(p). Изменение величины сопротивления R нити датчика контролируется путем измерения падения напряжения U на нем, т.е. R=U/I. Поскольку тепловые манометры являются приборами косвенных измерений, их необходимо градуировать для каждого газа по точно известным значениям давления. В работе градуировка производится в диапазоне давлений 0,1...10–3мм рт.ст. (13....0,13 Па), которые точно измеряются «абсолютным» компрессионным гидростатическим манометром Мак-Леода. 2.6. Принцип действия манометра Мак-Леода Применение гидростатического компрессионного манометра Мак-Леода (ММ-Л) позволяет существенно расширить нижний предел измерений U-образными гидростатическими манометрами (см., схему манометра на рис. 2.1). Процедура измерения этим манометром заключается в следующем: разреженный газ предварительно сжимается при постоянной температуре в соответствии с законом Бойля-Мариотта, затем измеряется давление сжатого газа, и зная коэффициент сжатия (который связан только с начальным и конечным объемами), можно вычислить начальное давление разреженного газа. Манометр включает “рабочее колено”, состоящее из стеклянного баллона 1 объемом V, измерительного капилляра сжатия 2 с закрытым верхним концом; сравнительного капилляра 3 (диаметр которого равен диаметру капилляра сжатия), соединительного трубопровода 4, подключаемого к объему, где необходимо произвести абсолютные измерения давления, и резервуара с жидкостью 5. В работе используется «масляный» манометр Мак-Леода, в котором сжатие газа осуществляется подъемом рабочей жидкости–вакуумного масла. Резервуар 5 с маслом, можно поднимать, поворачивая манометр вокруг горизонтальной оси, что приводит к подъёму уровня масла в рабочем колене. Перед началом измерений уровень масла должен находиться ниже отметки «А» (рис.2.1). При этом давление в баллоне 1 и капилляре 2 равно измеряемому – рx. Далее, при вращении манометра против часовой стрелки резервуар 5 поднимается, и уровень масла сначала отсекает баллон 1 от установки, затем сжимает газ и, в конце концов, вытесняет его в капилляр сжатия 2 до некоторого уровня. При этом давление сжатого газа Рк измеряется по разности уровней масла h в сравнительном капилляре 3 и капилляре сжатия 2. Если коэффициент сжатия (cм. ниже) достаточно велик (обычно порядка 102–103), то величина Pк, численно равная h, представляет собой абсолютное значение давления сжатого газа. Так как при сжатии газа после перекрытия уровня «A» температура и масса газа остаются постоянными, то из изотермического закона (Бойля-Мариотта):  (2.1),где VК – конечный объем сжатого газа в капилляре, V0 – начальный объем газа,  , где d и l – диаметр и длина капилляра сжатия, V–объем баллона 1.При использовании в манометре ртути, очевидно, что если выражать давление сжатого газа РК в Торах (мм.рт.ст.), то оно будет численно равно высоте столба ртути h в мм. т.е. Р ≡ h(мм рт.ст.). Очевидно, что в масляном манометре для столба масла РК (мм рт.ст.)≡ h(мм) / 17. Измерения данным манометром можно выполнять методом линейной шкалы и методом квадратичной шкалы. В работе используется второй метод, который расширяет пределы давлений, измеряемых манометром Мак-Леода. Сжатие газа при этом выполняется так, чтобы масло в сравнительном капилляра устанавливались на одном уровне с верхним запаянным концом капилляра сжатия (см., рис.2.1). Тогда подставляя в (2.1) входящие параметры, получим квадратичную зависимость рх от h, а именно:  (2.2).Достоинство компрессионного манометра – способность выполнять абсолютные измерения малых давлений вплоть до 10–3 Тор (~0,1Па), относительный недостаток – невозможность осуществлять непрерывный контроль давления. 2.7. Ход работы УКАЗАНИЯ ПО МЕРАМ БЕЗОПАСНОСТИ 1. Работа должна выполняться бригадой, включающей не менее двух человек, причем в каждый момент времени все переключения и регулировки должен выполнять только один человек, а другой (другие) студенты должны внимательно контролировать правильность его действий. 2. При выполнении работы следует постоянно иметь в виду, что стеклянные оболочки проверяемого объема, вакуумпровода, кранов, манометра Мак–Леода и др. находятся под давлением, равным разности наружного атмосферного давления и давления внутри установки, т.е. при откачке находятся под давлением, практически равным атмосферному. Поэтому любые повреждения оболочек приводят к мгновенному их разрушению и разлету осколков, которые могут нанести травму. В связи с этим, категорически запрещается: – прикладывать к ручкам вакуумных стеклянных кранов чрезмерно большие усилия, а также при вращении кранов держать в руке какие–либо предметы, – держать на рабочем столе посторонние предметы (сумки, одежду и пр.), – включать установку без разрешения лиц, проводящих практикум, – в установке, находящейся под напряжением, разъединять разъемы, а также осуществлять какие–либо переключения, не оговоренные инструкцией. 3. При работе с ртутным (либо масляным) компрессионным гидростатическим манометром Мак–Леода во избежании выплескивания ртути и даже возможного разрушения стеклянных частей установки вследствие гидравлических ударов: – подъем и опускание резервуара со ртутью производить плавно и только с помощью подъемного механизма, – вращение масляного компрессионного гидростатического манометра производить плавно во избежание вытекания масла из манометра, –во избежание возможных резких изменений давления в вакуумной части манометра, запрещается во время подъема резервуара со ртутью или вращения масляного манометра поворачивать краны установки, включать и выключать вакуумный насос, – после каждого измерения ртутным манометром, резервуар со ртутью необходимо незамедлительно опустить в крайнее нижнее положение, а после каждого измерения масляным манометром, его также необходимо незамедлительно вернуть в исходное положение. 2.7.1. Включить установку, для этого: – поставить краны К1–К3 в нейтральное положение, – включить форвакуумный ротационный насос ФН, – по мере откачки воздуха из вакуумпровода, подключить установку к насосу краном К1. 2.7.2. С помощью «абсолютного» компрессионного манометра Мак–Леода произвести градуировку тепловых манометров-вакуумметров (термопарного и манометра сопротивления), для чего: – включить термопарный вакуумметр, – проверить, соответствует ли значение тока накала нити (нагревателя) датчика паспортному значению, при необходимости установить паспортное значение тока, для чего перевести тумблер на лицевой панели в положение «Ток нагревателя» и потенциометром «Ток нагревателя» произвести установку тока, учитывая, что полное отклонение стрелки индикатора равно 150 мА. (При отсутствии паспортных данных необходимо путем регулировки тока накала нити согласовать показания термопарного и ионизационного манометров при давлении 10–4 мм рт.ст. и менее. Для этого необходимо откачать установку с помощью высоковакуумного насоса до указанного давления, проводя измерения ионизационным манометром. Далее, в положении тумблера «Измерение» путем регулировки тока накала (нагревателя) установить э.д.с. термопары термопарного манометра, равной при этом давлении 10 мВ. Перевести тумблер в положение «Ток нагревателя» и по шкале миллиамперметра отсчитать паспортное значение тока.) – включить источник питания измерительной схемы манометра сопротивления, – зафиксировать некоторое значение давления (начиная с показания термопарного манометра 2 мВ), – поставить все краны в положение «закрыт», – произвести измерения давления масляным манометром Мак-Леода. Для этого начать медленно вращать манометр против часовой стрелки. В момент когда масло, проходя отметку “А”, отсекает левое измерительное колено манометра от правого колена и установки, произвести отсчеты показаний термопарного манометра (в мВ) и манометра сопротивления (в Ом). Поворот манометра производить до тех пор, пока уровень масла в сравнительном капилляре (правое колено) не сравняется с верхним концом измерительного капилляра сжатия (левое колено). Произвести отсчет величины h и после этого вернуть манометр в исходное положение, медленно вращая его по часовой стрелке. – аналогичные измерения произвести для других значений давления (примерно через каждый мВ по шкале термопарного манометра), данные свести в таблицу:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Упр. Выучите наиболее распространенные эквиваленты экономических терминов (макроэкономика) |
 |
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Учебно-методическое пособие Казань 2008 федеральное агентство по... Полевая археологическая практика Казанского государственного университета: Учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся... |
|
Учебно-методическое пособие великий новгород Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Научно-исследовательский институт физики Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» |
|
Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный... |
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Учебно-методическое пособие Ростов-на-Дону 2011 удк 656. 25 + 06... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный... |
|
Методические указания предназначены для студентов 3-4 курсов. Содержание... Методические указания разработаны сотрудником кафедры прикладной математики и программирования: кандидатом технических наук, доцентом... |
|
Учебно-методическое пособие для студентов Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования |
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Учебно – методическое пособие составлено в соответствии с требованиями гос впо по направлению 080100. 68 «Экономика», фгос впо по... |
|
«Дальневосточный федеральный университет» (двфу) Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Руководство пользователя электронной торговой площадки федерального... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
Разработка и исследование двухканального приемника оптических импульсов... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «южный федеральный университет» |
|
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |