Praktikum z vakuové fyziky
Úloha 9: Měření čerpací rychlosti turbomolekulární vývěvy
Úvod
Cílem této úlohy je změřit čerpací rychlost turbomolekulární vývěvy metodou konstantního tlaku. Aparatura je sestavena ze dvou komor, které jsou odděleny přepážkou s malým kruhovým otvorem, průměr otvoru je D = 5,00 mm, síla přepážky je L = 8,06 mm. Ke spodní komoře je připojen čerpací stojan s turbomelekulární vývevou a membránovou vývěvou. Ke každé komoře je připojen kombinovaný manometr - ionizační manometr se žhavenou katodou + Pirani manometr, k horní komoře je připojen jehlový ventil pro napouštění plynu, tím je vzduch při pokojové teplotě.
Čerpací rychlost turbomolekulární vývěvy můžeme určit ze vztahu
kde S je čerpací rychlost, / je proud plynu, a P\ je tlak ve spodní komoře připojené k vývěvě.
Pro výpočet musíme znát proud plynu /. Ten můžeme určit z vakuové vodivosti otvoru v přepážce a z rozdílu tlaků mezi komorami.
kde G je vakuová vodivost otvoru, P\ je tlak ve spodní komoře, P^ je tlak v horní komoře s jehlovým ventilem.
Vakuovou vodivost otvoru v přepážce pro molekulární typ proudění pro vzduch, teplotu T = 293 K a kruhový průřez můžeme počítat, jako vodivost krátké trubice, podle následujících vztahů:
S
I
Pi
(2)
i
G o = 115,6A [mV1]; Gt = 121^- [mV1]; I = i- + i- (3)
kde G je vakuová vodivost otvoru v přepážce, G0 je vakuová vodivost otvoru, Gt je vakuová vodivost trubice, A je plocha otvoru, L je síla přepážky, D je průměr otvoru.
Kontrolní otázky
• Na jakém principu pracuje turbomolekulární výveva?
• Proč má turbomolekulární vývěva různé čerpací rychlosti pro různé plyny?
• Proč turbomolekulární vývěvy nahrazují difúzni vývevy?
Úkoly a pracovní postup
• Prohlédněte si zapojení vakuových prvků na této úloze a seznamte se s ovládáním čerpacího stojanu, manometrů a jehlového ventilu pro připouštění plynu.
• Pomocí jehlového ventilu postupně zvyšujte tlak v aparatuře až do tlaku 1,5 Pa v komoře s jehlovým ventilem. Po pootevření jehlového ventilu je nutné počkat určitou dobu na ustavení rovnováhy ve vakuovém systému. Po ustavení rovnováhy v systému odečtěte tlaky Pi a P2 v komorách aparatury.
• Spočítejte Knudsenovo číslo pro přepážku mezi komorami a použité tlaky a určete o jaký typ proudění plynů se jedná.
• Spočítejte vakuovou vodivost otvoru v přepážce.
• Spočítejte a vyneste do grafu čerpací rychlost turbomolekulární vývěvy v závislosti na tlaku a porovnejte ji s čerpací rychlostí, kterou uvádí výrobce pro dusík.
• Měření proveďte pro dvě frekvence otáček turbomolekulární vývěvy fi = 1500 Hza/2 = 750 Hz.
• V závěru prodiskutujte možné chyby měření.
2