真空技術(shù)是一門基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)，在各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，例如半導(dǎo)體制造、航空航天、太陽能光伏、真空鍍膜等等。本文匯編了一些常用真空術(shù)語，方便大家進(jìn)一步了解真空技術(shù)。

?真空基礎(chǔ)知識?

目前業(yè)內(nèi)的真空測量設(shè)備，粗真空環(huán)境或正壓環(huán)境一般使用相對真空度，高真空和超高真空環(huán)境一般使用的是絕對真空度，具體請參照儀表說明書。

為了便于理解，下圖是當(dāng)?shù)卮髿鈮簽橐粋€標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，相對真空度和絕對真空度的運(yùn)算關(guān)系：

1、真空

在給定的空間內(nèi)低于一個大氣壓力的氣體狀態(tài)，是一種物理現(xiàn)象。

2、真空度

處于真空狀態(tài)下的氣體稀薄程度，通常用“真空度高”和“真空度低”來表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。

3、極限真空

真空容器經(jīng)充分抽氣后，穩(wěn)定在某一真空度，此真空度稱為極限真空。通常真空容器須經(jīng)12小時煉氣，再經(jīng)12小時抽真空，最后一個小時每隔10分鐘測量一次，取其10次的平均值為極限真空值。

?真空獲得技術(shù)?

1、流量

在真空泵的吸氣口處，單位時間內(nèi)流過的氣體量稱為泵的流量，符號用“Q”表示，其單位為Pa·m3/s或Pa·L/s。

2、流導(dǎo)

表示真空管道通過氣體的能力。單位為升/秒（L/s），在穩(wěn)定狀態(tài)下，管道流導(dǎo)等于管道流量除以管道兩端壓強(qiáng)差。符號記作“U”。

U＝Q / (P2-?P1)

根據(jù)定義，流導(dǎo)是指氣體流量除以管道兩端的壓力差，因此，流導(dǎo)的單位與抽速（單位時間的體積）相同。

●?管路的流導(dǎo)

管路的流導(dǎo)即管路的通導(dǎo)能力，表示氣流在管路中的通過能力。當(dāng)管路兩端存在壓力差(P2-?P1)，流經(jīng)管路的氣體流量為Q時，則管路流導(dǎo)U的定義式為:

U＝Q / (P2-?P1)

其中U是通導(dǎo)，Q是氣體流量，P2和P1是管道兩端的壓強(qiáng)差。

由上式可知，管路的流導(dǎo)是在單位壓差下，流經(jīng)管路的氣體體積流量，其單位為m/s,或用L/s表示。真空系統(tǒng)中的各元件，如管道、閥門、捕集器、除塵器等都希望流導(dǎo)盡可能大，以使氣體能順利通過。因此，流導(dǎo)是真空系統(tǒng)元件設(shè)計計算的重要參數(shù)。

通導(dǎo)是指真空系統(tǒng)中各部分對氣體流動的阻礙程度。它與管道的長度、截面積、形狀、粗糙度、彎曲程度等有關(guān)。

例如，如果一個管道的長度為1米，截面積為0.01平方米，兩端的壓強(qiáng)分別為10千帕和1千帕，每秒通過的氣體流量為0.1升，那么它的通導(dǎo)為0.01升/秒。

3、抽氣速率

單位時間內(nèi)流過泵入口的氣體體積?稱為泵的抽氣速率，抽氣速率的單位為m3/s或L/s，用S表示。

一般真空泵的抽氣速率與氣體種類有關(guān)，因此給定的泵的抽氣速率均表示對某種氣體的抽氣速率，如無特殊標(biāo)明，多指對空氣的抽氣速率。

泵對給定氣體A的抽氣速率SA為氣體A流過泵入口的流量QA與氣體A的分壓力pA的比值如下式所示：

SA=QA?/ pA

抽速是指真空泵在單位時間內(nèi)從真空系統(tǒng)中抽出的氣體體積。它與真空泵的類型、結(jié)構(gòu)、工作參數(shù)和真空度有關(guān)。例如，如果一個真空泵在1千帕的壓強(qiáng)下，每秒可以抽出1升的氣體，那么它的抽速為1升/秒

4、抽速系數(shù)

泵的實際抽氣速率與泵入口面積按分子瀉流計算的理論抽氣速率之比。

5、啟動壓力

泵無損壞啟動并有抽氣作用時的壓力，其單位為Pa。

6、前級壓力

排氣壓力低于101.325kPa的真空泵的出口壓力，其單位是Pa。

7、最大前級壓力

超過了它能使泵損壞的前級壓力，其單位是Pa。

8、最大工作壓力

對應(yīng)最大抽氣量的入口壓力，在此壓力下，泵能連續(xù)工作而不惡化或損壞，其單位是Pa。

9、返流率

泵按規(guī)定條件工作時，與抽氣方向相反而通過泵入口單位面積、單位時間的泵液的質(zhì)量流，其單位是g/（cm2·s）。

10、冷阱（水冷擋板）

置于真空容器和泵之間，用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置。

11、真空泵的應(yīng)用

根據(jù)真空泵的性能，在各種應(yīng)用的真空系統(tǒng)中可扮演以下各種角色。

??主泵：在真空系統(tǒng)中，用來獲得所要求的真空度的真空泵。

??粗抽泵：從大氣壓開始，降低系統(tǒng)的壓力達(dá)到另一抽氣系統(tǒng)開始工作的真空泵。

??前級泵：用以使另一個泵的前級壓力維持在其最高許可的前級壓力以下的真空泵。前級泵也可以做粗抽泵使用。

??維持泵：在真空系統(tǒng)中，當(dāng)抽氣量很小時，不能有效地利用主要前級泵，為此，在真空系統(tǒng)中配置一種容量較小的輔助前級泵，維持主泵正常工作或維持已抽空的容器所需之低壓的真空泵。

??粗(低)真空泵：從大氣壓開始，降低容器壓力且工作在低真空范圍的真空泵。

??高真空泵：在高真空范圍內(nèi)工作的真空泵。

??超高真空泵：在超高真空范圍內(nèi)工作的真空泵。

??增壓泵：裝于高真空泵和低真空泵之間，用來提高抽氣系統(tǒng)在中間壓力范圍內(nèi)的抽氣量或降低前級泵容量要求的真空泵(如機(jī)械增壓泵和油增壓泵等)。

?真空計算公式?

1 玻義爾定律

玻義爾定律是描述理想氣體在恒溫條件下，壓強(qiáng)和體積成反比的定律。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

P1V1?= P2V2

其中，P1和V1是氣體的初始壓強(qiáng)和體積，P2和V2是氣體的最終壓強(qiáng)和體積。例如，如果一個容器中有1升的氣體，壓強(qiáng)為1大氣壓（101.3千帕），那么當(dāng)我們將容器的體積減少到0.5升時，氣體的壓強(qiáng)將增加到2大氣壓（202.6千帕）。

2?蓋·呂薩克定律

蓋·呂薩克定律是描述理想氣體在恒容條件下，壓強(qiáng)和溫度成正比的定律。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

P1?/ T1?= P2?/ T2

其中，P1和T1是氣體的初始壓強(qiáng)和絕對溫度（開爾文），P2?和T2是氣體的最終壓強(qiáng)和絕對溫度。

例如，如果一個容器中有1升的氣體，壓強(qiáng)為1大氣壓（101.3千帕），溫度為273K（0℃），那么當(dāng)我們將容器的溫度升高到546K（273℃）時，氣體的壓強(qiáng)將增加到2大氣壓（202.6千帕）。

3

?查理定律

查理定律是描述理想氣體在恒壓條件下，體積和溫度成正比的定律。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

V1?/ T1?= V2?/ T2

其中，V1和T1是氣體的初始體積和絕對溫度，V2和T2是氣體的最終體積和絕對溫度。

例如，如果一個容器中有1升的氣體，壓強(qiáng)為1大氣壓（101.3千帕），溫度為273K（0℃），那么當(dāng)我們將容器的溫度升高到546K（273℃）時，氣體的體積將增加到2升。

4?平均自由程

平均自由程是指分子在相互碰撞之間所行進(jìn)的平均距離。它與分子的密度、速率和截面積有關(guān)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

λ = KT/(√(2)πd2P)

其中，λ是平均自由程，K是玻爾茲曼常數(shù)（1.38×10-23?J/K），T是絕對溫度，d是分子直徑，P是分子壓強(qiáng)。

例如，對于空氣分子，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（101.3千帕，273K），其平均自由程約為6.6×10-8?m；而在高真空狀態(tài)下（10-6?千帕），其平均自由程約為66m。?

5?抽速

抽速是指真空泵在單位時間內(nèi)從真空系統(tǒng)中抽出的氣體體積。它與真空泵的類型、結(jié)構(gòu)、工作參數(shù)和真空度有關(guān)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

S = Q / P

其中，S是抽速，Q是氣體流量，P是氣體壓強(qiáng)。

例如，如果一個真空泵在1千帕的壓強(qiáng)下，每秒可以抽出1升的氣體，那么它的抽速為1升/秒。

6?通導(dǎo)

通導(dǎo)是指真空系統(tǒng)中各部分對氣體流動的阻礙程度。它與管道的長度、截面積、形狀、粗糙度、彎曲程度等有關(guān)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

C = Q / (P2-P1)

其中，C是通導(dǎo)，Q是氣體流量，P2和P1是管道兩端的壓強(qiáng)差。

例如，如果一個管道的長度為1米，截面積為0.01平方米，兩端的壓強(qiáng)分別為10千帕和1千帕，每秒通過的氣體流量為0.1升，那么它的通導(dǎo)為0.01升/秒。

7?真空抽氣時間

真空抽氣時間（pumping time）是指從初始壓強(qiáng)到達(dá)目標(biāo)壓強(qiáng)所需要的時間。它與真空系統(tǒng)的容積、初始壓強(qiáng)、目標(biāo)壓強(qiáng)、抽速、通導(dǎo)、漏率等有關(guān)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

t = Vln(P0?/?Pf) / (S-CL)

其中，t是真空抽氣時間，V是真空系統(tǒng)的容積，P0是初始壓強(qiáng)，Pf是目標(biāo)壓強(qiáng)，S是抽速，C是通導(dǎo)，L是漏率。

例如，如果一個真空系統(tǒng)的容積為10升，初始壓強(qiáng)為101.3千帕，目標(biāo)壓強(qiáng)為10-3千帕，抽速為10升/秒，通導(dǎo)為5升/秒，漏率為10-6升/秒，那么它的真空抽氣時間約為23.5秒。

8?維持泵

維持泵是指用于維持高真空或超高真空狀態(tài)的真空泵。它與真空系統(tǒng)的容積、目標(biāo)壓強(qiáng)、漏率等有關(guān)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

S = VL / P

其中，S是維持泵的最小抽速，V是真空系統(tǒng)的容積，L是漏率，P是目標(biāo)壓強(qiáng)。

例如，如果一個真空系統(tǒng)的容積為10升，目標(biāo)壓強(qiáng)為10-9千帕，漏率為10-12升/秒，那么它需要的維持泵的最小抽速約為10-3升/秒。

9?擴(kuò)散泵抽速

擴(kuò)散泵的抽速與其口徑、工作流體和前級泵的抽速有關(guān)。一般情況下，可以用下面的公式估算擴(kuò)散泵的抽速：

Sd?= 0.5D2KSp

其中，Sd是擴(kuò)散泵的抽速（L/s），D是擴(kuò)散泵的口徑（cm），K是工作流體的系數(shù)（對于硅油為0.6，對于水銀為0.4），Sp是前級泵的抽速（L/s）。?

10?羅茨泵的前級抽速

羅茨泵是一種容積式真空泵，它需要配合前級泵使用，以達(dá)到較高的極限壓強(qiáng)。羅茨泵的前級抽速應(yīng)滿足下面的條件：

Sp?≥?SrPr?/?Pe

其中，Sp是前級泵的抽速（L/s），Sr是羅茨泵的幾何抽速（L/s），Pr是羅茨泵的極限壓強(qiáng)（Pa），Pe是羅茨泵的出口壓強(qiáng)（Pa）。

11?漏率

漏率是指真空系統(tǒng)中由于密封不嚴(yán)或其他原因而進(jìn)入系統(tǒng)的氣體流量，它直接影響了真空系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。漏率可以用下面的公式計算：

Q = S(P2-P1) / (t2-t1)

其中，Q是漏率（Pa·L/s），S是系統(tǒng)的有效抽速（L/s），P1是系統(tǒng)內(nèi)部的壓強(qiáng)（Pa），P2是系統(tǒng)外部的壓強(qiáng)（Pa）。

12?粗抽泵抽速

粗抽泵是指用于從大氣壓或較高壓力下抽取氣體到中等或低壓區(qū)域的真空泵，如旋片泵、滑片泵、液環(huán)泵等。粗抽泵的抽速選擇應(yīng)考慮以下因素：

1 系統(tǒng)的容積：系統(tǒng)容積越大，所需抽速越大；

2 系統(tǒng)的漏率：系統(tǒng)漏率越大，所需抽速越大；

3 系統(tǒng)的工作壓力：工作壓力越低，所需抽速越大；

4 系統(tǒng)中存在的氣體種類和量：不同氣體對真空泵有不同的影響，如水蒸氣會降低旋片泵的極限壓強(qiáng)，氫氣會增加擴(kuò)散泵的負(fù)載等；

5 系統(tǒng)的工作時間：工作時間越長，所需抽速越大。

根據(jù)以上因素，可以用下面的公式估算粗抽泵的最小抽速：

Sp?≥ V / t ln(P0?/?P1) + Q

其中，Sp是粗抽泵的最小抽速（L/s），V是系統(tǒng)容積（L），t是預(yù)定達(dá)到工作壓力所需時間（s），P0是初始壓力（Pa），P1是工作壓力（Pa），Q是系統(tǒng)漏率（Pa·L/s）。

13?前級泵抽速

前級泵是指用于從中等或低壓區(qū)域抽取氣體到高真空或超高真空區(qū)域的真空泵，如分子泵、擴(kuò)散泵、吸附泵等。前級泵的抽速選擇應(yīng)考慮以下因素：

1 后級泵的抽速：后級泵的抽速越大，所需前級泵抽速越大；

2 后級泵的極限壓強(qiáng)：后級泵的極限壓強(qiáng)越低，所需前級泵抽速越大；

3 前級泵的極限壓強(qiáng)：前級泵的極限壓強(qiáng)越高，所需前級泵抽速越小；

4 系統(tǒng)的漏率：系統(tǒng)漏率越大，所需前級泵抽速越大；

5 系統(tǒng)中存在的氣體種類和量：不同氣體對真空泵有不同的影響，如水蒸氣會降低擴(kuò)散泵的極限壓強(qiáng)，氫氣會增加分子泵的負(fù)載等；

6 系統(tǒng)的工作時間：工作時間越長，所需前級泵抽速越大。

根據(jù)以上因素，可以用下面的公式估算前級泵的最小抽速：

Sp?≥?Sb?*?Pb?/?Pe?+ Q

其中，Sp是前級泵的最小抽速（L/s），Sb是后級泵的抽速（L/s），Pb是后級泵的極限壓強(qiáng)（Pa），Pe是前級泵的出口壓強(qiáng)（Pa），Q是系統(tǒng)漏率（Pa·L/s）。

14?擴(kuò)散泵抽速計算

擴(kuò)散泵是一種動量轉(zhuǎn)移式真空泵，它利用高速噴射的工作流體將氣體分子從低壓區(qū)域輸送到高壓區(qū)域。擴(kuò)散泵的抽速與其結(jié)構(gòu)、工作流體和工作條件有關(guān)。擴(kuò)散泵的抽速可以用下面的公式計算：

Sd?=?Cd?A sqrt (2RT / M)

其中，Sd是擴(kuò)散泵的抽速（L/s），Cd是擴(kuò)散噴嘴的放大系數(shù)（一般為3~5），A是擴(kuò)散噴嘴的出口面積（m2），R是氣體常數(shù)（8.314 J/mol·K），T是工作流體的溫度（K），M是工作流體的摩爾質(zhì)量（kg/mol）。

15?旋片真空泵的幾何抽速計算

旋片真空泵是一種容積式真空泵，它利用旋轉(zhuǎn)的葉片將氣體從進(jìn)口端吸入，并在出口端排出。旋片真空泵的幾何抽速與其結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。旋片真空泵的幾何抽速可以用下面的公式計算：

Sr?= V n / 60

其中，Sr是旋片真空泵的幾何抽速（L/s），V是旋片真空泵每轉(zhuǎn)一周所排出氣體的容積（L），n是旋片真空泵的轉(zhuǎn)速（rpm）。

16?O型橡膠槽深

槽深應(yīng)該是橡膠直徑的0.7倍左右，以保證密封效果。槽寬C＝1.6B，即槽寬應(yīng)該是槽深的1.6倍左右，以保證橡膠有足夠的空間變形，其計算工試為：

B＝0.7D

其中，B是槽深，D是橡膠直徑。這個公式的依據(jù)是，當(dāng)O型橡膠受到壓力時，它會發(fā)生變形，變形后的截面積應(yīng)該保持不變。

例如，如果一個O型橡膠直徑為10mm，那么它的槽深應(yīng)該是B＝0.7×10＝7mm，槽寬應(yīng)該是C＝1.6×7＝11.2mm。

17?槽深

槽深應(yīng)該是方形橡膠邊長的0.8倍左右，以保證密封效果。槽寬C＝1.67B，即槽寬應(yīng)該是槽深的1.67倍左右，以保證橡膠有足夠的空間變形，其計算工試為：

B＝0.8A

其中，B是槽深，A是方形橡膠邊長。這個公式的依據(jù)也是，當(dāng)方形橡膠受到壓力時，它會發(fā)生變形，變形后的截面積應(yīng)該保持不變。

例如，如果一個方形橡膠邊長為10mm，那么它的槽深應(yīng)該是B＝0.8×10＝8mm，槽寬應(yīng)該是C＝1.67×8＝13.36mm。

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