Konstrukce vakuových zařízení

Transkript

1 Konstrukce vakuových zařízení

2 Základní parametry vývěv Mezní tlak vývěvy p mez Tlak na výstupu vývěvy, od kterého je schopná funkce p 0 (je schopná pracovat od atmosférického tlaku?) Čerpací schopnost vývěvy S (v m 3 /hod nebo l/s) Trvalost nebo dočasnost čerpací funkce

3 Přehled běžných vývěv Zeleně oblast použitelnosti Modře jen s vymrazovačkou Růžově nejsou schopny trvalého chodu

4 Rotační vývěva s excentrem Schopná trvalé práce již od atmosférického tlaku P mez = 10-2 Pa, (p 0 = 0,1 MPa)

5 Rotační vývěva lopatková Parametry stejné

6 Rootsova vývěva Schopná trvalé činnosti od p 0 =10 3 Pa Mezní tlak p mez =10-3 Pa

7 Trochoidní vývěva Parametry Podobné Rootsově vývěvě Trochoida opisuje ji jeden bod povrchu kružnice valící se po podložce

8 Turbomolekulární vývěva Schopná trvalé činnosti od p 0 =10 Pa Mezní tlak p mez = 10-7 Pa

9 Difuzní vývěva Schopná trvalé činnosti od p 0 =1 Pa Mezní tlak p mez = 10-6 Pa (vakuový olej)

10 Možná zlepšení činnosti Rotační vývěva připouštěcí ventil (gasballast) brání kondenzaci vody v oleji při velkém stlačení Vymrazování par plynů -především difuzní vývěvy - brání zpětnému průniku par

11 Typy vakuometrů Zeleně oblast použití

12 Mechanické vakuometry Pro rozsah vakua 10 5 až 10 Pa

13 Tepelně vodivostní vakuometr Také Piraniho vakuometr Rozsah 10 3 až 10-2 Pa Žhavená elektrická spirála, její teplota je závislá na tlaku. Snímá se její elektrický odpor Také možno snímat přímo její teplotu termočlánkem

14 Charakteristiky termočlánkového vakuometru Odvod tepla závisí na druhu plynu ve vakuové nádobě. V oblasti měřených tlaků je většina zbytkových plynů vodní pára. Změna plynu ve vakuové nádobě způsobí skok údajů ( H 2 O na Ar)

15 Penningův vakuometr Rozsah 10 až 10-5 Pa Stejnosměrný výboj v magnetickém poli zvětšuje citlivost a rozsah

16 Korekční faktor pro Penning Údaj o tlaku závisí na ionizační schopnosti plynu. Údaj Penningova vakuometru bude pro daný plyn R krát větší než pro dusík (přibližně vzduch). Záměna vzduchu za benzinové páry znamená pokles údaje o řád.

17 Innizační vakuometr Rozsah 1 až 10-7 Pa S mřížkou (triodový systém) až do Pa Měří se ionizační proud mezi dvěma elektrodami

18 Mc Leodův vakuometr Rozsah 10 3 až 10-5 Pa Náplň je rtuť, izotermické zmenšování objemu zvýší tlak 1 prostor na stlačení 2 stupnice Vlevo na počátku měření Vpravo na konci měření Rozdíl hladin udává tlak po kompresi

19 Přetlakové metody hledání netěsností Použitelné u těch vakuových zařízení, která snesou slabý přetlak Možno ponořit zařízení do nádoby s kapalinou, nebo natírat kritická místa Mýdlové bublinky citlivost 10-2 Pa*l/s Olejové bubliny citlivost 10-4 Pa*l/s

20 Podtlakové metody Využíváme vakuometrů, umístěných přímo na zařízení Kritická místa ofukujeme plynem, využívá se závislost údaje vakuometrů na druhu plynu Pirani ofukovat H 2, He, Ne citlivost 10-3 Pa*l/s Penning ofukovat Kr, Ar citlivost 10-7 Pa*l/s Užití kapaliny (aceton, benzen, toluen) nejprve pokles tlaku než se kapalina odpaří, pak růst - citlivost až 10-8 Pa*l/s

21 Speciální metody Speciální přístroje k tomuto účelu Halogenidový hledač netěsností (i pro přetlakové nádoby ledničky) Pt drát nažhavený na 900 o C citlivost 10-4 Pa*l/s Heliový hledač netěsností (vlastně hmotový spektrometr na helium) Citlivost až Pa*l/s

22 Hledání netěsností Volba podle tlaku

23 Hledání netěsností Volba podle citlivosti

24 Zpoždění odezvy Doba ofukování musí být dostatečná k tomu, aby do nádoby proniklo dost plynu Doba zpoždění doba, za kterou se plyn dostane od netěsnosti až k vakuometru Časová konstanta vakuového systému τ = V / S (s, m 3, m 3 /s) Optimum je volit dobu ofukování i dobu čekání na odezvu mezi jednou až třemi časovými konstantami systému

25 Vakuové obvody Vývěva je vždy k nádobě připojena přes potrubí, ventily, fitinky a p. Každý takovýto element má svou vakuovou vodivost G i v m 3 /s. Převrácenou hodnotu označujeme jako vakuový odpor R i. Vakuové odpory ve vakuovém obvodu se sčítají a snižují sací schopnost vývěvy : 1/S skut = 1/S teor 1/ΣR i Vakuový odpor silně snižuje sací schopnost vývěvy volit krátká, tlustá potrubí

26 Vícestupňový čerpací systém Častá kombinace vývěv : rotační + difuzní, rotační + Rootsova V potrubí mezi vývěvami musí být stabilní tlak, odpovídající jejich výkonům Nejprve předčerpání až pod tento tlak, pak přepnutí na vysokovakuovou větev

27 Vícestupňové vakuové komory - Spojení dvou vakuových nádob, čerpaných na různé tlaky. Každá má svou vývěvu. - Průtok otvorem mezi nimi se v jedné komoře přičte a ve druhé odečte od čerpací schopnosti vývěvy. - Např vysokovakuová komora k získání svazku elektronů, kterým se v nižším vakuu povrchově kalí.

28 Stupňovité čerpání Je možné také spojit dvě vakuové komory za sebe tak, že jsou čerpány jedinou vývěvou. V dolní komoře je vysoké vakuum, horní komora je čerpána na nižší vakuum pouze otvorem mezi komorami.