список статей # 150; 5 атмосферного тиску.
Титанові гетерні насоси. На початковому етапі виробництва електронних ламп після їх відкачування для додаткового зниження тиску в уже запаяному балоні застосовувалися «геттери» - плівки хімічно активних речовин, наприклад барію, які хімічно пов'язують молекули повітря, що вступають з ними в контакт. Один з трьох згаданих методів відкачування заснований на безперервному оновленні геттера. Гетерні матеріалом служить титан. У насосі одного типу він напилюється випаровуванням титанової дроту, підводиться до місця контакту з розпеченої поверхнею. Інертні гази, такі, як аргон і гелій, погано поглинаються свежеобразованной титанової плівкою, якщо їх атоми попередньо НЕ ионизована. Для іонізації передбачають електроди, подібні електродів іонізаційного манометра (див. Нижче). Такі насоси мають ту перевагу, що вони не потребують відбивних і охолоджуваних пастках; потрібно лише обертальний насос попереднього розрідження.
Іонні насоси. Іонний насос являє собою камеру, приєднувану безпосередньо до відкачуваного обсягом. Електрони, що випускаються катодом прямого напруження або виникають в статичному розряді, іонізують молекули газу в зіткненнях з ними. Іони переносяться електричним полем до колектора і зв'язуються на його поверхні. Існують два механізми зв'язування: одні іони адсорбуються на поверхні колектора, а інші вступають в хімічну реакцію з матеріалом колектора, утворюючи стійкі з'єднання. Для хімічно активних газів ефективні обидва механізму, а для інертних - тільки перший. Колекторні поверхні більшості іонних насосів покриті титаном. Під дією іонів, що бомбардують колектор, його поверхня розпорошується, так що безперервно відкриваються свіжі шари титану, здатні зв'язувати іони хімічно активних газів.
Швидкість відкачки іонних насосів становить від 1000 до 10 000 л / с. Оскільки в таких насосах немає робочої рідини, вони вносять набагато менше забруднень, ніж найкращі дифузійні. До недоліків же їх можна віднести те, що хімічно активні гази вони відкачують набагато швидше інертних і віддають назад невелику частину откачанного газу.
Кріосорбціонние насоси. Насоси такого типу є, по суті, пастки з цеолітами - пористими сорбентами, що поглинають молекули газу за рахунок фізичної адсорбції при охолодженні; вони вимагають для своєї роботи рідкого азоту. Однак кріосорбціонние насоси дозволяють відкачувати систему від атмосферного тиску приблизно до однієї мільйонної його. Такий насос досить прогріти, щоб видалити весь відкачаний їм газ, і він знову буде готовий до роботи.
Вимірювання низьких тисків
Звичайні манометри, наприклад рідинні, очевидно, недостатньо чутливі для вакуумної техніки. де тиску нерідко відповідають, скажімо, однієї мільйонної міліметра водяного стовпа. Замість них застосовуються різні вакуумні манометри (вакуумметри), засновані на різних фізичних принципах. Однак майже всі вони не є «абсолютними» приладами, тобто вимагають градуювання. Найчастіше для градуювання вакуумних манометрів застосовується простий ртутний манометр. запропонований ще в 1874 Г.Мак-Леода. У компресійному манометрі Мак-Леода (рис. 5) є скляний балон відомого об'єму, який спочатку з'єднують трубкою A з вакуумною системою. щоб наповнити його газом, тиск якого потрібно виміряти. Потім, піднімаючи рівень ртуті в трубці, цей відомий обсяг газу відсікають і стискають в капілярі до значно меншого обсягу, в якому тиск газу сильно підвищується. Манометр сконструйований так, що остаточне тиск можна виміряти по різниці висот ртуті в капілярних трубках C і D, і ця величина спільно з значеннями початкового і кінцевого обсягів дозволяє обчислити початкове тиск. Ставлення обсягів (до і після стиснення) можна зробити досить великим для вимірювання тиску порядку 10-8 атмосферного.
Мал. 5. компресійний манометр. При піднятті судини зі ртуттю малий обсяг газу, який увійшов по трубці A, відсікається і стискається в розширенні зліва. Тиск стисненого газу вимірюється по різниці висот стовпчиків ртуті в капілярах C і D.
Компресійний манометр незручний для вимірів робочого тиску в технологічних вакуумних установках. Для цього найчастіше користуються термопарного вакуумметрами. вакуумметрами Пірані (вакуумметрами опору) і різними варіантами іонізаційного манометра. Термопарний вакуумметр вимірює температуру гарячого спаю термопари (що знаходиться у вакуумі), що нагрівається струмом постійної сили. Температура цього спаяний (а отже, і ЕРС термопари) залежить від тиску газу, так як від тиску залежить його теплопровідність. У вакуумметрі Пірані використовується зволікання, закріплена в балоні, що з'єднують з системою, в якій потрібно виміряти тиск. Зволікання нагрівається струмом, і нескладна електронна схема вимірює її опір. Опір залежить від температури зволікання, а оскільки теплові втрати зволікання залежать від тиску газу в балоні, вихідний прилад, який показує опір, можна переписати в одиницях тиску. Як і в разі термопарного вакуумметра, потрібна окрема градуювання для кожного газу.
Іонізаційні манометри ионизуют газ, збирають позитивно заряджені іони і вимірюють струм іонів; цей струм є мірою повного тиску в системі. Три описуваних далі типу іонізаційних манометрів розрізняються способом іонізації.
У тріодном іонізаційному манометрі є три електрода, подібних електродів вакуумної електронної лампи-тріода. Катод прямого напруження випускає електрони, які прискорюються в поле іншого електрода, підтримуваного під позитивним потенціалом ок. 150 В. На шляху до цього електрода електрони стикаються з молекулами газу і частина їх ионизуют, вибиваючи їх електрони і тим самим перетворюючи в позитивні іони. Позитивні іони збираються третім електродом, потенціал якого негативний; ток цього електрода є мірою швидкості надходження іонів. При постійному струмі емісії електронів з катода швидкість утворення іонів пропорційна тиску газу. Манометри такого типу особливої конструкції дозволяють вимірювати тиску порядку 10 # 150; 15 атмосферного. При такому тиску середня довжина вільного пробігу молекули (між двома зіткненнями) має порядок 100 000 км.
У магнітному електророзрядних вакуумметрі «холодний» катод і анод поміщені в магнітне поле. Вільні електрони, завжди утворюються в газі внаслідок хаотичного руху молекул, притягуються до аноду малих розмірів, але магнітне поле змушує їх рухатися по спіралі навколо анода. Стикаючись з молекулами газу, вони іонізують частина їх. До них приєднуються електрони, що звільняються в результаті іонізації, і врешті-решт вони потрапляють на анод; ток позитивних іонів на катод служить мірою тиску.
У іонізаційному манометрі третього типу молекули газу іонізуются альфа-частками, що випускаються радіоактивним ізотопом, невелика кількість якого міститься в вимірювальну головку вакуумметра. Швидкість освіти альфа-частинок постійна, а тому число іонізованих молекул будь-якого газу, що надходять на іонний колектор в одиницю часу, пропорційно тиску цього газу.
Оскільки різні гази неоднаково піддаються іонізації, іонізаційні манометри вимагають окремої градуювання для кожного газу. В умовах промислового виробництва ці відмінності часто не беруться до уваги.
Принцип дії. Коли рідина (або газ) протікає по трубі, що має звуження, тиск в звуженні виявляється нижче, ніж в інших частинах труби (якщо при цьому швидкість потоку в звуженні не досягає швидкості звуку). Вперше це було встановлено італійським фізиком Дж.Вентурі (1746-1822), на ім'я якого була названа трубка, заснована на даному явищі. Якщо відсмоктується обсяг приєднати до труби в місці її звуження, то газ з нього буде переходити в область зниженого тиску і нестися струменем рідини.
Пароструминні ежектори. Простий лабораторний «водяний» насос відкачує повітря з допомогою води, що протікає по трубці зі звуженням. У промисловості ж набули широкого поширення ежектори, робочим середовищем яких є водяна пара. Такі пароструминні ежектори застосовуються в найрізноманітніших процесах, що вимагають знижених температур і тисків. Промисловість випускає пароструминні ежектори різних типорозмірів з різними числом ступенів, що дозволяють відкачувати в промислових масштабах рідини і гази з технологічних апаратів, підтримуючи в них знижений тиск. Основні переваги таких насосів простота конструкції, практично виключає необхідність в ремонті і обслуговуванні, висока продуктивність, хороші вакуумні характеристики, мале споживання енергії і низька вартість. Діапазон робочого вакууму від атмосферного тиску до 10 # 150; 4 атмосферного і нижче. Схема пароструйного ежектора простий промислової конструкції представлена на рис. 6.
Мал. 6. пароструминних ежектор для промислової відкачування. Робочий водяна пара через патрубок S надходить в сопло N, яке формує високошвидкісну струмінь. Проходячи по трубці Вентурі V, водяна пара знижує тиск в камері C, в яку при цьому через впускний отвір I засмоктуються пари з відкачуваного апарату. Водяна пара переносить відкачуються пари до випускного отвору D.
Криогенний насос. У криогенном вакуумному насосі використовуються вкрай низькі температури. Дія насоса засновано на тому, що інтенсивність хаотичного руху молекул зменшується при зниженні температури. Такий насос являє собою камеру з металевим посудиною, закріпленим в нижній її частині. Через посудину циркулює рідкий гелій, температура якого дорівнює 4,2 К (-268,96 ° C). Металеві радіаційні екрани закривають посудину від теплового випромінювання, але пропускають молекули газу. Молекула газу, що потрапляє на поверхню судини з гелієм, втрачає свою кінетичну енергію і залишається на цій поверхні.
Криогенний насос може працювати в будь-якому положенні і встановлюється без сполучних трубопроводів, що знижують швидкість відкачування. Такий насос незамінний при відкачці великих камер, в яких імітуються космічні умови.
Кріогенні насоси можуть створювати тиску нижче 10 # 150; 11 мм рт. ст. Тиск близько 10 # 150; 13 мм рт. ст. можна отримати, просто частково зануривши невелику скляну вакуумну систему в рідкий гелій.
Джерело: Енциклопедія Кругосвет