Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи icon

Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи




Скачати 137.08 Kb.
НазваОтримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи
Дата22.06.2012
Розмір137.08 Kb.
ТипДокументи

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2


ОТРИМАННЯ І ВИМІРЮВАННЯ СЕРЕДНЬОГО ВАКУУМУ


Мета роботи - отримання середнього вакууму, вивчення будови і принципу роботи манометричного перетворювача ЛТ - 2 (ПМТ) і манометра опору, отримання навичок вимірювання тиску за допомогою манометричної лампи ЛТ -2 і вакууметра ВИТ - 1А


Принцип роботи і будова манометра опору і термопарного

манометричного перетворювача ЛТ - 2


Вимірювання тиску, який встановлюється при відкачці вакуумної системи, можна виконувати за допомогою манометричних перетворювачів, які працюють на основі різних принципів.

Манометричні перетворювачі ЛТ -2 і манометри опору називаються тепловими манометрами і побудовані на основі залежності теплопровідності газу від тиску. Теплопровідність газу відноситься до явища переносу тепла в газах .

За законом Фур’є потік тепла ^ Q пропорціональний градієнту температури

Q = - . (1)

Коефіцієнт пропорціональності  називається коефіцієнтом теплопровідності в напрямі осі x .

На основі молекулярно - кінетичної теорії газу

   c, (2)

де - густина газу, яка дорівнює добутку маси газу на число молекул в одиниці обєму ( = m• n), - середня квадратична швидкість молекул , - середня довжина вільного пробігу молекул і c - питома теплоємність газу при постійному об’ємі.




Рис. 1 .
Оскільки  ~1/p , а  ~ p, то можна зробити висновок , що тепло-провідність газу не залежить від тиску. Але така залежність зберігається не завжди. Коли тиск знижується і число зіткнень молекул між собою стає меншим ніж число зіткнень молекул зі стінками об’єму, в якому знаходиться газ, тоді коефіцієнт теплопровідності стає залежним від тиску. Дійсно, у цьому випадку перенос тепла буде відбуватись більше за рахунок зіткнень молекул зі стінками і нагрітим тілом і середню довжину вільного пробігу молекул (вона повинна бути більшою за характерний розмір об’єму) можна прийняти за постійну величину в відповідному діапазоні тиску.

З експерименту виходить, що коефіцієнт в’язкості газу залежить від тиску так, як зображено на рис. 1, тобто зменшується тільки у відповідному діапазоні низького тиску, що відповідає при визначених розмірах об’єму, де знаходиться газ, режиму молекулярної течії газу. Коефіцієнт теплопровідності виражається через коефіцієнт в’язкості як   c, тому можна вважати, що у визначеному діапазоні і     р ( = Const).

У теплових манометричних перетворювачах використовується явище переносу тепла газом від нагрітої протікаючим електричним струмом тонкої платинової нитки до стінок трубки, у якій розміщена нитка.


^ Манометр опору

Манометр опору складається з двох частин: вимірювальної та частини, яка взаємодіє з газом і приєднується до вимірювальної. Останню ще називають датчиком або манометричним перетворювачем .

Манометричний перетворювач має просту будову - це циліндрична скляна трубка, яка відкритим кінцем приєднується до вакуумної системи там, де потрібно вимірювати тиск, а закритим кінцем , через спеціальний цоколь, приєднується до вимірювальної частини. У цоколь вмонтовані два електроди, до яких приварена платинова нитка, що служить електричним опором (див. рис. 2).







Рис. 2. Рис. 3.


Електрична потужність, що використовується для нагрівання платинової нитки, витрачається не тільки на нагрівання самої нитки (IR), а й на нагрівання електродів (P), до яких приєднана нитка, на випромінювання у відповідності з законом Стефана - Больцмана (P) і на нагрівання стінок трубки газам внаслідок теплопровідності газу (P). Таким чином рівняння балансу потужності буде мати такий вигляд:

IR = P+ P+ P , (3)

де I- величина струму, яким нагрівається нитка до температури, наприклад, T; R - величина електричного опору нитки з цією температурою (слід пам’ятати, що електричний опір металів змінюється в залежності від температури як

R = R(1 +  t), де R- опір при 0 C ,  - температурний коефіцієнт опору і t - температура за Цельсієм ) ; P= k( T - T) p ; P= k( T - T ) ;

P= k( T - T ) : k , k , k - відповідні множники пропорційності, а T - температура стінок трубки і T - температура кінців електродів, до яких приєднується нитка.

Величини P і P не залежать від тиску газу, коли тиск є більшим ніж тор, і , якщо їх зробити значно меншими за P, то ними можна буде знехтувати.

Для того, щоб P була відносно малою достатньо вибрати тонку нитку з відносно малим коефіцієнтом теплопровідності (платина), а від величини P залежить чутливість манометра при різних тисках. Для підвищення чутливості манометра до зміни температури нитки завдяки дії теплопровідності газу, не-обхідно щоб потужність P була якомога більшою за P. Щоб манометр опору мав високу чутливість при вимірюваннях низьких тисків, необхідно нагрівати нитку до відносно низької температури. У цьому випадку теплопровідність газу стає дуже малою і при низькій температурі нагріву випромінювана потужність теж зменшиться.

Навпаки, при більших тисках вимірювання краще виконувати при вищий температурі нагріву нитки, тобто при більшій величині струму I.

Таким чином, величина вимірюваного тиску і чутливість перетворювача залежать від величини струму I і температури нагріву нитки T.

Вимірювання тиску за допомогою манометра опору виконують таким чином:

1) при якомога низькому тиску в лампі ( тор) встановлюють робочий струм I, якому відповідає температура нагріву нитки T;

2) напускаємий у лампу газ буде охолоджувати нитку і її електричний опір зменшиться, що призведе до зростання струму I , який і вимірюють.

Тиск визначають за допомогою градуювальної кривої, що має вигляд, як на рис. 3.


^ Термопарний манометричний перетворювач ЛТ - 2


Термопарний манометричний перетворювач ЛТ - 2 - це лампа зі скляним або металевим (ЛТ - 4) балоном, в який вмонтовано чотири електроди. До двох приєднана платинова нитка (дротик) 1 (див. рис. 4 ), як і в манометрі опору, і яка нагрівається електричним струмом від батареї БТ. Величина струму I контролюється міліамперметром 3, а встановлюється до відповідного значення реостатом R.

До середини платинової нитки приварена термопара 2, вільні кінці якої приєднані до останніх двох електродів і до яких через розйом підключається мілівольтметр.



Термопара - це два дротики з різних металів, які з одного кінця з’єднані за допомогою зварювання. Якщо зварені кінці нагрівати до температури, наприклад, T, то на вільних кінцях, які охолоджуються до T, з’явиться термопарна ^ Е.Р.С., величина якої залежить від різниці температур ( T - T) - чим більша ця різниця, тим більшою буде Т.Е.Р.С. Ще збільшити цю Т.Е.Р.С. можна вибрав відповідні метали. У розглядаємої лампи використовується термопара з металів хромеля (90 % Ni + 10 % Cr) і копеля (56 % Cu + 44 % Ni).

Відкритим кінцем лампа при-єднується герметично до вакуумної системи.

Поки тиск у вакуумній системі буде атмосферним, мілівольтметр буде показувати ^ Т.Е.Р.С., близьку до нуля при струмі I, заданому для даної лампи при її виготовленні. При достатньому зниженні тиску мілівольтметр 4 почне показувати зростаючу Т.Е.Р.С., тому що теплопровідність газу зменшиться і це призведе до підвищення температури нитки, тобто термоспаю. Коли тиск знизиться настільки, що теплопровідність стане дуже малою, стрілка мілівольтметра зупиниться на граничній (максимальній ) позначці,

Рис. 4 . якщо струм I буде виставлено вірно; у цей момент витрати тепла ниткою і термопарою будуть зумовлені практично тільки теплопровідністю самих дротиків і випромінюванням.

Термопарна манометрична лампа виготовляється у запаяному вигляді з вакуумом в середині - тор. Щоб вірно визначити робочий струм запаяної лампи, необхідно старанно підібрати величину I реостатом R так, щоб стрілка мілівольтметра незмінно встановилась на поділці 10 mV. Цей струм і є робочим для даної лампи і при ньому виконують всі вимірювання після приєднання лампи до вакуумної системи. Оскільки за допомогою термопарної лампи вимірюється фактично не тиск, а Т.Е.Р.С., то для визначення тиску використовують градуювальну криву - криву залежності величини Т.Е.Р.С. від тиску.

Тепловими манометричними перетворювачами можна проводити вимірювання при різних газах і пари; вести безперервні спостереження за зміною тиску у вакуумній системі; вони не складні для виготовлення. Усе це є їх позитивними якостями. Але вони мають і недоліки, головними з яких є залежність градуювальних кривих від виду газу і зміни робочого струму з часом. Останній недолік виникає тому, що забруднюється поверхня платинової нитки парою вакуумних масел та інше. У зв’язку з цим при використанні теплових манометричних перетворювачів необхідно періодично перевіряти (визначати) робочий струм, відкачуючи для цього вакуумну систему до тиску - тор.


З а в д а н н я 1. Визначити робочий струм запаяної термопарної лампи.


Для виконання цього завдання необхідно: 1) ознайомитись з вакууметром ВИТ -1А або ВТ - 2 ;

2) приєднати, з урахуванням розміщення направляючого цокольного ключа, кабель, що з’єднує вимірювальний блок вакууметра з датчиком, до запаяної лампи ЛТ - 2;

3) перевести тумблер “^ Діапазон вимірювання“, якщо він є, в положення 2  а реостат RРегулювання струму нагрівання“ вивести до краю в напрямі проти годинникової стрілки;

4) встромити штепсельну вилку в мережу  220 в і перевести тумблери

^ Мережа“ та “Нагрів термопари” за напрямом стрілки, що на корпусі;

5) перевести тумблер “Струм нагріву  вимірювання“ спочатку в положення “Струм нагріву“ і ручкою “Регулювання струму нагрівання“ встановити стрілку приладу на позначку, наприклад, 110 mA за шкалою вимірювання струму, а потім в положення “Вимірювання“. Стрілка приладу займе положення після цього, яке показуватиме величину якоїсь Т.Е.Р.С. за шкалою (mV). Так перевіряють роботоздатність вакууметра, але прилад ще не підготовлений до вимірювання.

Для підготовки приладу до вимірювання необхідно встановити величину струму нагрівання не приблизно, а ту, яка є значенням робочого струму даного манометричного перетворювача. Таким чином, необхідно знати, або визначити робочий струм манометричного перетворювача, що використовується. Взагалі, спочатку беруть запаяну термопарну лампу, визначають її робочий струм, потім відрізають запаяну частину, вмонтовують лампу в вакуумну систему, знаючи її робочий струм і занотовують це значення для пам’яті.

Після перевірки роботоздатності вакууметра визначають робочий струм запаяної лампи. Для цього:

6) залишаючи тумблер в положенні “Вимірювання“, ручкою “Регулювання струму нагрівання“ встановити стрілку приладу проти позначки 10 mV , яка є граничною на шкалі вимірювання Т.Е.Р.С. Слід відмітити, що зробити це треба дуже старанно і так, щоб стрілка постійно знаходилась проти позначки 10 mV, а не змінювала своє положення з часом. Коли це буде досягнуто, тоді

7) перевести тумблер “^ Струм нагріву  вимірювання” в положення “Струм нагріву” і визначити величину робочого струму, значення якого буде відповідати позначці на шкалі вимірювання струму, проти якої встановиться стрілка. Занести це значення до протоколу вимірювання.


З а в д а н н я 2. Отримання і вимірювання середнього вакууму.


1) Замалювати принципову схему вакуумної системи, що знаходиться на стенді, де виконується робота, подібно до типової, як на рис. 5;

2) вимкнути тумблер “^ Нагрів термопари” і обережно приєднати кабель не до запаяної, а до лампи ЛТ - 2, що вмонтована у вакуумну систему, і виставити її робочий струм, підготувавши вакууметр до вимірювання;

3) заповнити вакуумну систему атмосферним повітрям: для цього спочатку зняти затискувач 3 на гумовому трубопроводі 6, що з’єднує впускний патрубок обертового насоса 1 з атмосферою, потім зняти затискувач 4 на гумовому трубопроводі 5, що з’єднує вакуумну систему 2 з впускним патрубком обертового насоса; слід уважно це виконувати і тільки за такою послідовністю, щоб не привести до прориву вакуумного масла, що знаходиться в механічному насосі, Рис. 5 у вакуумну систему  порушення вказаної послідовності може вивести механічний насос з ладу і забруднити маслом з насосу вакуумну систему;

4) після заповнення вакуумної системи повітрям поставити затискувачі 4 і 3 знову в затиснуте положення, на тих же трубопроводах;

5) тільки після виконання попереднього пункту ввімкнути механічний насос, натиснувши на кнопку пуску або перевівши перемикач пуску насосу в верхнє положення і поступово, протягом 1 хв., порціями (то затискуючи, то відпускаючи) зняти остаточно затискувач 4: затискувач 3 зостається у затиснутому положенні протягом всієї відкачки, тобто тільки коли працює механічний насос;

6) зняти залежність зміни тиску в вакуумній системі від часу відкачки: виміри слід проводити через кожні 3 - 5 хв. протягом 35 - 40 хв. з моменту пуску насоса і зняття затискувача 4 (вимірювання закінчують, якщо тиск більше не знижується протягом 3 хв.);

7) дані вимірювань занести в таблицю у звіті з лабораторної роботи і за ними накреслити криву відкачки p = f( t ): значення тиску, що відповідають вимірам Т.Е.Р.С., визначити за допомогою градуювальної кривої, що розміщена на стенді і для зручності по осі тиску використати логарифмічний масштаб (див. Додаток);

8) після закінчення вимірювань поставити затискувач 4 знову в затиснуте положення і тільки потім вимкнути обертовий насос 1;

9) зразу ж після вимикання насоса (пункт 8) зняти затискувач 3, щоб насос не знаходився під дією вакууму, що є в трубопроводі до затискувачів 4 і 3. За-тискувач 4 при цьому повинен залишатися в затиснутому положенні;

10) за допомогою кривої відкачки визначити граничний тиск і занести визначене значення до звіту.


^ Зразок звіту про виконання лабораторної роботи


Звіт з лабораторної роботи 2 “ Отримання і ... “


10 квітня 200_ р. Робота виконана на стенді №

Наводиться схема вакуумної системи, необхідні формули, таблиці з даними вимірів, графіки залежностей у відповідності із завданнями і необхідні висновки.


Виконавець _____________ Викладач _______________


Для отримання заліку, окрім звіту, потрібно відповісти на контрольні запитання.


Контрольні запитання

  1. Як побудований манометр опору і принцип його роботи?

  2. Як побудований термопарний манометр і принцип його роботи?

  3. Що являє собою термопара і принцип її роботи?

  4. Порядок проведення вимірів за допомогою термопарного манометра?

  5. Що називають робочим струмом термопарного манометра?

  6. Якими міркуваннями необхідно керуватись при виборі діаметру трубки термопарного манометра?

  7. Якими способами можна визначити робочий струм термопарного манометра?

  8. Як визначають величину тиску газу, що знаходиться а вакуумній системі, за допомогою термопарного манометра?

  9. Чому необхідно періодично визначати (перевіряти) значення робочого струму термопарного манометра?

  10. Навести межі вимірювання тиску за допомогою термопарного манометра?

  11. Чим обумовлені такі межі вимірювання тиску?

  12. Яким чином можна змінювати чутливість манометру опору і чому?

  13. Написати рівняння балансу потужності теплових манометричних перетворювачів і проаналізувати його.

  14. Навести позитивні й негативні якості теплових манометричних перетворювачів.

  15. Пояснити вид кривої відкачки (за яким законом вона змінюється?).

  16. Як визначають граничний тиск?

  17. Як перевіряють робочий струм термопарного манометра, якщо він змінився з часом?


Література для самостійного вивчення


1. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. - М.: Высшая школа , 1990. - 320 с.

2. Ворончев Т.А., Соболев В.Д. Физические основы электровакуумной техники. -М.: Высшая школа , 1967. - 352 с.

3. Королев Б.И. и др. Основы вакумной техники. -М.: Наука, 1975. - 464 с.

4. Шепилко Е.В. Методические указания к курсовому проектированию по разделу “Вакуумная техника“ курса ФОИС. - Харьков.: ХИИГХ, 1991.-40 с.


Додаток

Довідникові дані

Одиниці тиску та їх співвідношення


1 мм. рт. ст. = 1 тор 1 мм. рт. ст. = 133 Па

1 Па = бар 1 Па = 7, 50 мм. рт. ст.

1 Па = п’єза 1 Па = 9, 87 атм.


Логарифмічна шкала


Логарифмічну шкалу будують таким чином: на вибраній осі, від початкової точки, що буде одиницею шкали, відкладають відрізки, що дорівнюють десятковим логарифмам ряду цілих чисел ( 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) і помноженим на якесь число за вибраним масштабом (збільшення чи зменшення).

Відмітки на частині осі від 10 до 100, від 100 до 1000 і т.д. будуть такими ж, як і на частині від 1 до 10 (див. рисунок), оскільки відповідні відрізки будуть однакові по довжині.





^ Міністерство освіти і науки України

_______


Харківська державна академія


міського господарства

_______


До друку

дозволяю:

Проректор Г. В. Стадник


^ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ


ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З КУРСУ


ВАКУУМНА ТЕХНІКА


(для студентів 2 курсу денної форми навчання

спеціальності “Світлотехніка і джерела світла”,

спеціалізації 7.090.606)


Розглянуто

кафедрою світлотехніки та джерел світла

Протокол № від р.


^ ХАРКІВ - 2000


Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу “Вакуумна техніка” (для студентів 2 курсу денної форми навчання спеціальності “Світлотехніка і джерела світла”, спеціалізації 7.090.606). Уклад. Є.В. Шепілко - Харків: ХДАМГ, - 11 с.


Укладач: ^ Шепілко Є.В.


Рецензент: Колот В.Я.


Навчальне видання


Методичні вказівки до лабораторних робот з курсу “Вакуумна техніка” (для студентів 2 курсу денної форми навчання спеціальності “Світлотехніка і джерела світла”, спеціалізації 7.090.606).


Укладач Євген Володимирович Шепілко


Редактор М.З. Аляб’єв


План 2000, поз. 40

Підп. до друку Формат 60х84 1/16. Папір друк. №2.

Друк на ризографі. Обл.-вид. арк. 0,5. Умовн.-друк. арк. 0,4.

Тираж 50 прим. Зам. № Ціна договірна.

__________________________________________________________________


ХДАМГ, 61002 , Харків , вул. Революціі, 12

__________________________________________________________________

Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХДАМГ. 61002, Харків, вул.Революції, 12






Схожі:

Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconЛабораторна робота №1 будова та принцип роботи обертових насосів для отримання низького І середнього вакууму
При виробництві джерел світла виникає необхідність створення вакууму в колбах, де протікає газовий розряд або де розміщене тіло розжарення....
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconБудова І принцип роботи високовакуумних пароструминних та дифузійних насосів. Вакуумна установка з металевим дифузійним насосом для отримання високого вакууму мета роботи
Будова І принцип роботи високовакуумних пароструминних та дифузійних насосів. Вакуумна установка з металевим дифузійним насосом для...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconЛабораторна робота №4 Дослідження біляелектродного падіння напруги І градієнта потенціалу в люмінесцентних лампах
Мета роботи: Отримання навиків вимірювання біляелектродного падіння потенціалу та градієнту потенціалу е І вивчення їх залежності...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconЛабораторна робота №6 Дослідження спектральних та корольових характеристик розрядних джерел світла
Мета роботи: Отримання практичних навичок вимірювання спектральних характеристик І розрахунку координат кольоровості розрядних джерел...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconАдреса: Контакти
Мета: тут ви вказуєте мету вашого резюме. Наприклад, отримання роботи в області, удосконалення теоретичних та отримання практичних...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconЕкзаменаційні питання
...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconУроку. Лабораторна робота № Вимірювання сил Мета
Мета: сформувати експериментальні навички учнів, виховувати акуратність під час проведення експериментів, розвивати логічне мислення...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconОписи модулів назва модуля
Вимірювання витрати методом змінного перепаду тиску. Вимірювання рівня рідин та сипких матеріалів. Методи та прилади для вимірювання...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи iconНазва модуля: Електричні та магнітні вимірювання Код модуля
Основні поняття метрології та вимірювальної техніки. Вимірювальні прилади І методи вимірювань. Похибки вимірювань. Системи електровимірювальних...
Отримання І вимірювання середнього вакууму мета роботи icon1 методи атомної спектроскопії 1 Атомно-емісійна спектрометрія
Мета роботи – застосування спектроскопічних методів вимірювання техногенних забруднень об'єктів навколишнього середовища, ознайомлення...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи