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真空係統設計中所依據的基本規律

依據真空根本方程,可從數學上得到兩個極端的結果,即當流導U十分大時,真空室的有效抽速S0能夠近似等於泵的抽速S;當泵的抽速S十分大時,或者流導U 十分小時,真空室的有效抽速S0近似等於流導U。上述結果從物理上可能更易了解,從真空室抽氣口抽除的氣體必需經過流導U(即管道、閥門等)才幹被真空泵 抽除,隻不過被抽除的氣體從真空室抽氣口向泵口運動過程是從高壓向低壓的活動,而從泵口被抽除是從低壓向高壓的基於某種抽氣原理的強迫活動。如流導U十分 大,即經過它的氣體量不受限製,那麽泵的抽氣才能就決議於本身的抽速大小,這與泵口直接與真空室相銜接是一樣的。但假如泵的抽速十分大,這也就是相關於泵 的抽速流導U十分小,此時泵的實踐抽氣才能並不決議於它的抽速大小而決議於氣體經過流導U的才能,流導的數值恰為泵的有效抽速S0

真空泵是為了抽除真空容器內的氣體,但往往泵的抽氣口不能直接與被抽容器相連接,由於工藝上的需要或是降低有油蒸汽汙染的真空機組的汙染程度,必須通過冷 阱、閥門、管道才能與被抽氣容器連接,由於每種真空部件都有確定的流導,所以可以說泵必須通過一定的流導才能與被抽容器連接,如圖所示,圖中泵與真空室之 間的連接管道可以包括冷阱和閥門等。假定泵與真空室之間的流導為U,則泵必須通過流導U才能對真空室抽氣,其抽氣能力要受到限製,此時對容器的抽氣作用真 正有意義的應是真空室抽氣口處的有效抽速S0。如泵的標稱抽速為S,那麽根據氣體作穩定流動時流量守恒的定律可以導出S0SU之間滿足的關係

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上式稱之為真空基本方程,它是真空係統設計中所依據的基本規律。

為了盡量發揮泵的抽氣才能,最大限度的加大流導U是最有效的辦法,但常常難於完成。而一味增大泵的抽速更不實在際。所以采用晝量大的流導和選用晝量大的抽 速的泵就十分值得權衡。從真空根本方程能夠曉得,有效抽速S0SU都是單調遞增的函數。真空根本方程描繪的內容並不深奧,但也沒有粗淺到能夠作為每個 人的常識,所以在不少的應用範疇,用戶常常疏忽流導對泵抽速的限製,而形成真空技術應用的效果大受影響。

  對於一個沒有漏氣,也沒有放氣的真空係統如真空室體積為V,真空室有效抽速為S0,則隨著抽氣的過程,真空室內壓力隨時間遵從如下的變化規律

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其中P0t=0時的壓力,即起始壓力,t=V/S0稱為時間常數。

以上規律揭示,每經過約的時間,真空室內壓力降低一個數量級,顯然t越小,壓力下降越快,當V一定時,有效抽速S0越大,才能越小。

任何真空係統都希望盡量縮短抽氣的時間,這關係到進步效率和降低能耗,但並不是一切的真空應用都具有縮短抽氣時間的條件。能夠把不同的真空應用分為兩大 類:一類是不改慮係統內的放氣量,而隻要真空度的請求;另一類是請求真空室內充沛的放氣,即放氣率要降到某一臨界值。這兩類不同的應用對泵配置的請求是不 一樣的。關於前一類應用,如真空度請求在0.5pa以上,隻需時間常數足夠的小,便可晝量縮短抽氣的時間。但如真空度請求在0.5Pa以下,就必需改慮放 氣對壓力變化的影響。放氣量隨時間的變化遲緩。特別是在無烘烤的狀況下。要在預定較短的時間內到達較高的真空度,就必需以較大的抽速抽除較大的放氣量。也 就是說如放氣量為Q,泵的有效抽速為S0,則可到達均衡壓力P=Q/S0。如均衡壓力肯定,則到達的時間越短,請求泵的有效抽速就越大。蒸發鍍膜就是典型 的這類的應用,由於蒸鍍的速度快,時間短,所以不思索放氣量的影響(即活性氣體的影響)。但蒸發粒子的能量低,請求絕大局部粒子無碰撞地堆積到工件上,以 保證分離力及減少散射,這就請求真空室內的均勻自在程不小於蒸發源到工件的間隔,與此相應的壓力約在1×10-2Pa,這便是蒸發鍍膜對真空度的請求。



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點擊次數:  更新時間:2017-03-23 10:51:15  【打印此頁】  【關閉