Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» Иванов И. Г. Вакуумный практикум (учебно-методическое пособие)
|
Скачать 0.61 Mb.
|
3.7.6. Для обоих тепловых манометров построить градуировочные кривые, т.е. зависимости U((P1)к) и R((P1)к).
Аналогично провести градуировку манометров по одному из тяжелых инертных газов (по заданию преподавателя).
3.7.8. Объяснить ход полученных кривых и их отличия для воздуха и инертного газа.
3.7.9. Выключить установку, для чего поставить краны K1–K4 в нейтральное положение, кран на манометре ММ в положение «открыт» выключить форвакуумный насос, и незамедлительно соединить входной патрубок форвакуумного насоса через вакуумпровод с атмосферой, повернув кран K2.
Показания |
термопарного манометра U, мВ |
||||
манометра сопротивления R, Ом |
 |
 |
 |
а) |
б) |
|
Рис. 3.1. |
Рис. 3.2. Общий вид и схемы включения тепловых манометров-вакуумметров: а– термопарного манометра, б– манометра сопротивления (Пирани) |
|
Рис. 3.3. Схема лабораторной установки
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ к работе №3
(Контрольные вопросы включают задания 1–10 в виде теста. Выберите правильный, с Вашей точки зрения, ответ и сравните с ответами, приведенными на стр. 55)
1. “Дифференциальный” гидростатический манометр становится “абсолютным” когда:
А. давление газа над одним из колен больше, чем над другим;
Б. давление газа над одним из колен много больше, чем над другим;
В. давление газа над одним из колен меньше, чем над другим.
2. Тепловые манометры нельзя использовать при давлениях, меньших 10–4 мм рт.ст., и при давлениях, больших 1 мм рт.ст., так как:
А. постоянная Больцмана за пределами этих значений давления начинает изменяться; Б. электропроводность газа за пределами этих значений давления не изменяется;
В. теплопроводность газа за пределами этих значений давления не изменяется;
Г. постоянная Больцмана за пределами этих значений давления не изменяется.
3. Зависимость показаний тепловых манометров и их чувствительности от температуры газа вызвана:
А. Влиянием средней тепловой скорости молекул газа на его теплопроводность;
Б. Химическими реакциями на поверхности нити;
В.вторичной электронной эмиссией на поверхности нити.
4. Зависимость показаний тепловых манометров и их чувствительности от рода газа вызвана:
А.Химическими реакциями на поверхности нити; Б. вторичной электронной эмиссией на поверхности нити; В. Влиянием рода газа на его теплопроводность.
5. Зависимость показаний тепловых манометров и их чувствительности от влажности воздуха вызвана:
А.Химическими реакциями на поверхности нити; Б.вторичной электронной эмиссией на поверхности нити; В.Влиянием состава газовой смеси на её теплопроводность.
6. Для того, чтобы ток через нить теплового манометра не изменялся при изменении давления, источник питания должен быть:
А. «источником напряжения»; Б. «источником тока»; В.источником с любым внутренним сопротивлением.
7. Измерять сопротивление нити в манометре сопротивления (Пирани) можно:
А. зная величину тока и падение напряжения на нити; Б. с помощью моста Уитстона; В. с помощью L–C моста.
8. Единица давления 1 мм рт.ст. относится к 1мм масляного столба как:
А. как отношение плотности масла к плотности ртути; Б. как термодинамический коэффициент; В. как отношение плотности ртути к плотности масла.
9. При замене ртути на масло в гидростатическом U–образном масляном манометре точность измерений.
А. повышается; Б. понижается; В. не изменяется
10. «Дифференциальный» гидростатический U-образный манометр становится «абсолютным»:
А. если P0=0; Б. если P0<<P1; В. если P0=P1
11. Поясните почему тепловые манометры нельзя использовать при давлениях, меньших 10–4мм рт.ст., и при давлениях, превышающих 1 мм рт.ст.?
12. Чем вызвана зависимость показаний тепловых и ионизационного манометров и их чувствительности от рода газа ?
13. Воспользовавшись уравнением газового состояния вывести формулу для P, получаемого с помощью ДИС.
Лабораторная работа №4
ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ БЫСТРОТЫ ОТКАЧКИ ОБЪЕКТА ОТ КОНФИГУРАЦИИ ВАКУУМПРОВОДА
4.1 Цель работы:
знакомство с теорией и техникой получения вакуума в физическом эксперименте, расчет и измерения длительности откачки по вакуумпроводам различных размеров.
4.2. Перед выполнением работы необходимо:
– изучить принципы действия и типа вакуумных насосов, вакуумных кранов ( [l] – c.9–20, [2] – с. 79–136, [4] – с. 95–207).
– изучить особенности различных режимов течения газа по вакуумпроводу, проанализировать выражения для проводимости различных деталей вакуумпроводов ([l] – с.4–7, [2] – с.56–67, [4] – с.308–346).
–вывести основное уравнение вакуумной техники и выражение для длительности откачки ([1] – с.8–9 ).
– познакомиться с принципом действия и инструкциями по эксплуатации термопарного вакуумметра ВТ–2 и самопишущих потенциометров.
4.3.Отчет по работе должен содержать:
–название и цель лабораторной работы,
–схему лабораторной установки,
–методику расчета длительности откачки по вакуумпроводу сложной конфигурации и результаты расчётов,
–методику измерения длительности откачки и результаты измерений,
–сравнение результатов расчета и эксперимента.
В работе выполняются расчеты времени откачки газа из объёма по вакуумпроводам различной геометрии (с трубами различного размера), результаты которых сравниваются с результатами эксперимента по измерениям времени откачки на лабораторной установке.
4.4. Схема лабораторной установки
Схема установки, для которой выполняются расчеты и проводится эксперимент, показана на рис.4.1.
Откачка может производиться по вакуумпроводу I (левый), состоящему из элементов 1–2–3–7–8–9, или по вакуумпроводу II (правый), состоящему из элементов 4–5–6–7–8–9. Переключение вакуумпроводов осуществляется с помощью трехходового вакуумного крана К2.
Дозирующее устройство ДУ служит для задания начального давления воздуха в объеме и состоит из трехходового вакуумного крана КЗ, к осевому патрубку которого присоединена пробирка небольшого объема, а два боковых патрубка соединены соответственно с откачиваемым объемом и «атмосферой».
Кран К1 предназначен для пуска атмосферного воздуха в насос после его останова при выключении установки. При измерениях кран К1 должен быть постоянно повернут вправо.
Регистрация давления в откачиваемом объеме осуществляется с помощью термопарного вакуумметра ВТ с датчиком ПМТ–2. (Выход вакуумметра для повышения точности отсчета может быть соединен с цифровым милливольтметром )
4.4.. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВРЕМЕНИ ОТКАЧКИ ПО ВАКУУМПРОВОДУ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ
I-й и II-й вакуумпроводы, имеющие сложную форму и переменное сечение рассматриваются как совокупность отрезков труб №1–№9 различного диаметра D и длины L и диафрагмы №7. Расчет проводится для молекулярно–вязкостного режима течения газа по трубам (диапазон значений критерия Кнудсена 0,005<Kn<1,5, Kn равен отношению средней длины свободного пробега молекул к диаметру трубы D. Величину λ для воздуха можно определить по формуле:
. 4.4.1. Расчет проводимости элементов вакуумпроводов
Для каждого элемента I-го и II-го вакуумпроводов рассчитывается величина L/D, затем по соответствующей формуле (см. ниже) – его проводимость Ui и заполняется таблица:
Элемент |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Размеры элемента вакуум–провода |
длина L, см |
9 |
110 |
8 |
9 |
110 |
8 |
– |
14 |
60 |
диаметр D, см |
2,1 |
2,1 |
1,6 |
2,1 |
0,8 |
1,6 |
1,5 |
1,6 |
0,75 |
|
L/D |
||||||||||
Проводимость Ui, см3с–1 |
||||||||||
Расчетные формулы. Проводимость U длинной трубы (L/D>20) при температуре 293°К равна
(4.1),здесь рср – среднее давление в трубе в мм.рт.ст.(Торах), размеры D и L – в см. (Значение рср задается ниже, в пункте 4.5.1).
Для короткой трубы (2<L/D<20) в предыдущей формуле (4.1) вместо L необходимо использовать Lэфф= L + 1,33∙D.
Проводимость диафрагмы (отверстия диаметром D [см] в перегородке) рассчитывается по формуле
U (см3с–1) = 9∙103∙D2 (4.2).
4.4.2. Расчет полной проводимости вакуумпроводов.
Зная Ui можно рассчитать полную проводимость 1–го и 11–го вакуумпроводов по формулам
, 
(4.3,а,б)Суммирование в выражении (4.3,а) для UI проводится по элементам 1,2,3,7, 8 и 9, а в выражении (4.3,б) для UII – по элементам 4,5,6,7,8 и 9.
4.4.3. Эффективную скорость откачки объема через I–й вакуумпровод – (Sэфф)I и через II–й вакуумпровод – (Sэфф)II можно рассчитать, используя основное уравнение вакуумной техники и зная UI и UII, а также быстроту действия (производительность) насоса SH, по формулам
(4.4,а,б)4.4.4. Время откачки объема V по I–му и II–му вакуумпроводам – (Δt)I и (Δt)II от начального давления р1 до конечного давления р2 можно рассчитать по формулам
, 
(4.5,а,б)4.5. ХОД РАБОТЫ
4.5.1. Используя среду MS Office Excel, выполнить расчеты (Δt)I и (Δt)II по п.п. 4.4.1–4.4.4. для молекулярно–вязкостного режима течения газа при р1 = 7∙10–2 мм рт.ст. (показания термопарного вакуумметра 3 мВ) и р2 = 4,5∙10–2 мм рт.ст. (показания термопарного вакуумметра 4 мВ) и V = 10л =104 см3.
Величину рср в формулах для Ui (4.1) принять равной рср= 0,5(p1+p2).
Значение SH для молекулярно–вязкостного режима принять равным:
SH = 120 см3с–1 – для насоса типа ВН–461 или
SH = 1000 см3см–1 – для насоса типа НВР–1 или
SH = 500 см3см–1 – для насоса типа РВН–20.
(Тип насоса, который будет использован в эксперименте, указывает преподаватель).
4.5.2. Ход измерений длительности процесса откачки
УКАЗАНИЯ ПО МЕРАМ БЕЗОПАСНОСТИ
Работа должна выполняться бригадой, включающей не менее 2х 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.
При выполнении работы следует постоянно иметь в виду, что стеклянные оболочки откачиваемого объема, вакуумпровода, кранов и др. находятся под давлением, равным разности атмосферного давления и давления внутри сосуда, т.е. при откачке – 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, при выполнении работы 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.
4.5.2.1. Методика измерений
Измерения Δt можно производить двумя способами:– отсчитывая по секундомеру промежуток времени между моментами, когда показания термопарного вакуумметра (UТП)I и (UТП)II соответствуют давлениям Р1 и Р2.
– получив зависимость UТП(t) в графическом виде на ленте самописца и зная величину скорости протяжки ленты.
4.5.2.2. Ход измерений
– Все вакуумные краны на установке поставить в нейтральное положение и включить форвакуумный насос. Повернуть кран К1 вправо.
– С помощью дозирующегого устройства создать в откачиваемом объеме небольшое начальное давление воздуха. Для этого:
– краном КЗ соединить пробирку с атмосферой, повернув ручку крана в направлении «отверстия в атмосферу»,
– присоединить пробирку к откачиваемому объему, для чего повернуть ручку крана КЗ на 180°, в направлении патрубка, соединяющего кран с установкой.
–
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 |