ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ ВАКУУММЕТР

ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ ВАКУУММЕТР.

Термоэлектронный вакуумметр относится к категории вакуумметров косвенного действия_, в его основу положено два физических процесса ионизация молекул газа ускоренными электронами и сбор образовавшихся ионов на отрицательный коллектор. Ионный ток на коллектор пропорционален давлению газа при Р<1 Па (Р<10^-2 мм рт.ст.). Источником электронов является термокатод, поэтому вакуумметр называется термоэлектронным.

В обозначение термоэлектронных ионизационных вакуумметров входит буква И, например ВИ-3, ВИ-4, ВИТ-2 (буква В обозначает вакуумметр а цифра ― порядковый номер разработки вакуумметра). Буква И входит и в обозначение манометрических термоэлектронных преобразователей, например ПМИ-2, МИ-28, МИ-27.

Термоэлектронные вакуумметры используются для измерения высокого и сверхвысокого вакуумов: Р<0,1 Па ( Р<10^-3 мм рт.ст.). При давлении воздуха свыше 0,1 Па нить прямонакального катода манометрического преобразователя быстро перегорает из-за ее окисления, Поэтому преобразователи нельзя эксплуатировать при давлении воздуха Р>0,1 Па. Чтобы удостовериться в том, что давление в вакуумной системе меньше 0,1 Па, используют термопарные вакуумметры, которые часто объединяют с термоэлектронными в единый прибор. Такие приборы называются ионизационно-термопарными и обозначаются буквами ВИТ, например ВИТ-1, ВИТ-2, ВИТ-З.

Более подробные сведения о термоэлектронных вакуумметрах приведены в разделе "Ионизационные вакуумметры"[4].
Описание лабораторной установки

В комплект оборудования для выполнения лабораторной работы входят лабораторная установка, промышленный вакуумметр типа ВИТ-2 и несколько образцов термоэлектронных манометрических преобразователей, включая ПМИ-2.

Лабораторная установка содержит специально изготовленный стеклянный вакуумный макет (рис. 2.1). Макет содержит два термоэлектронных манометрических преобразователя ПМИ-2, термопарный манометрический преобразователь ПМТ-2 и два генератора водорода, спаянные вместе. Макет обезгажен поэтому при ненагретых генераторах водорода давление остаточных газов в макете меньше 10^-5 мм рт.ст.

Рис. 2.1. Вакуумный макет.

Выводы от всех манометрических преобразователей, входящих в макет, выведены на октальные разъемы, расположенные на задней панели лабораторной установки. К разъемам подключаются электрические кабели от промышленного вакуумметра ВИТ-2, имеющего термопарный и термоэлектронный каналы измерения.

Для регулирования давления газа в вакуумном макете используются гидрид-титановые генераторы водорода. В макет вмонтированы два генератора, подогреватели которых включены параллельно.

Генератор водорода представляет собой полный цилиндр, спрессованный из мелкодисперсного порошка титана. Внутри титанового цилиндра расположен подогреватель, с помощью которого осуществляется разогрев генератора. Перед герметизацией макета титановые цилиндры были насыщены водородом с образованием гидрида титана Ti-H. Гидрид титана образуется в результате химической реакции титана с водородом при комнатной температуре.

При нагреве генератора водорода Ti-H разлагается с образованием свободного водорода, который заполняет внутренний объем макета. Чем выше температура генератора, тем выше давление водорода. Причем в установившемся режиме давление водорода и температура генератора связаны однозначной зависимостью. При снижении температуры водород вновь вступает в реакцию с титаном с образованием Ti-H , а давление водорода в макете снижается. Через 10...15 мин после выключения генератора весь водород поглощается, и в макете устанавливается давление остаточных газов менее 10^-5 мм рт.ст.

Так как процесс установления давления водорода в макете достаточно инерционный, то при изменении напряжения на подогревателе генератора необходим 10-минутный период для стабилизации давления водорода. Только после этого можно проводить измерения.

Электрическая схема лабораторной установки изображена на рис. 2.2.

Рис. 2.2 Электрическая схема лабораторной установки.

Схема содержит понижающий трансформатор Тр1 и ступенчатый регулятор S1 напряжения, подаваемого на генератор водорода. Ручка регулятора напряжения выведена на переднюю панель установки и обозначается "Накал генератора" (рис. 2.3). Контроль напряжения, подаваемого на подогреватель, осуществляется с помощью вольтметра Р1, также расположенного на передней панели.

Рис .2.3. Передняя панель лабораторной установки.

В крайнем левом положений "0" ручки "Накал генератора" напряжение на подогреватель генератора не подается. В этом положении производится определение рабочего тока термопарного преобразователя.

При включении тумблера "Сеть" на передней панели загорается сигнальная лампочка V1.

Для наблюдения за работой манометрических преобразователей они расположены за прозрачным окном передней панели установки. При подаче напряжения на нить накала прямоканального катода термоэлектронного преобразователя он разогревается до белого свечения, которое можно наблюдать через прозрачное окно.

Указания по выполнению лабораторной работы.

Перед началом лабораторной работы проверить наличие заземления к установке и вакуумметру ВИТ-2.

1. 
   Ознакомиться с данной инструкцией к лабораторной работе.
   
2. 
   Ознакомиться и усвоить содержание разделов "Методы измерения давления разреженных газов и "Ионизационные вакуумметры" [4].
   
3. 
   Ознакомиться с конструкцией и усвоить назначение каждого электрода термоэлектронного манометрического преобразователя ПМИ-2. В отчете сделать эскиз конструкции преобразователя ПМИ-2, выданного лаборантом перед началом проведения работы, с обозначением электродов преобразователя.
   
4. 
   Изучить схему включения манометрического преобразователя ПМИ-2 по [4]. Начертить в отчете схему включений ПМИ-2.
   
5. 
   Изучить по инструкции к вакуумметру ВИТ-2, приведенной в приложении, его устройство и освоить методику измерения давления с его помощью.
   
6. 
   Перед началом работы с лабораторной установкой следует убедиться в том, что установка выключена, регулятор "Накал генератора" установлен в крайнее левое положение, а генератор водорода находится в холодном состоянии (для этого выждать 15 мин. перед началом измерений).
   
7. 
   Определить рабочий ток преобразователя ПМТ-2 с помощью термопарного канала вакуумметра ВИТ-2. Записать в отчете значение рабочего тока преобразователя ПМТ-2.
   
8. 
   Включить термоэлектронный преобразователь ПМИ-2 с помощью ионизационного канала вакуумметра ВИТ-2 согласно инструкции по его эксплуатации (см. приложение). Измерить с его помощью давление газа в макете при холодном генераторе водорода.
   
9. 
   Произвести градуировку генераторов водорода по давлению с помощью термопарного и ионизационного вакуумметров.
   
   1. 
      Подать напряжение на подогреватель генератора водорода с помощью ручки "Накал генератора". Напряжение выбрать минимально возможным.
      
   2. 
      Измерить термопарным и термоэлектронным вакуумметрами давление водорода.
      

3. 
   Повторить измерения при других величинах напряжения на подогревателе генератора водорода.
   
4. 
   Результаты измерений занести в отчет в виде таблицы:
   

Uг.в., В
Ионный ток термоэлектронного вакуумметра, А
РН, мм рт.ст.
ТермоЭДС, мВ
, мм рт.ст.

9.5. Построить в отчете график зависимости =f(U_г.в.) для обоих вакуумметров. Объяснить ход этой зависимости.

10. После окончания работ ручку "Накал генератора" поставить в крайнее левое положение. Выключить вакуумметр ВИТ-2 и лабораторную установку.

Содержание отчета.

1. 
   Цель работы.
   
2. 
   Порядок выполнения работы.
   
3. 
   Рабочий ток термопарного преобразователя.
   
4. 
   Эскиз термоэлектронного манометрического преобразователя ПМИ-2 с обозначением его электродов.
   
5. 
   Схема включения преобразователя ПМИ-2 с указанием напряжений, подаваемых на электроды.
   
6. 
   Таблицы с результатами и графики зависимостей.
   
7. 
   Выводы по работе с перечислением преимуществ и недостатков термоэлектронных вакуумметров, диапазона измеряемых давлений, областей применения.
   

1. 
   В каких единицах измеряется вакуум?
   
2. 
   Классификация вакуумметров. Диапазоны давлений, измеряемых различными типами вакуумметров.
   
3. 
   Конструктивное оформление термоэлектронного вакуумметра. Как подключается термоэлектронный манометрический преобразователь в вакуумной системе?
   
4. 
   Принцип действия ионизационных вакуумметров. Разновидности ионизационных вакуумметров.
   
5. 
   В каком диапазоне давлений используется термоэлектронный вакуумметр?
   
6. 
   Почему термоэлектронный вакуумметр имеет неодинаковую чувствительность к различным газам?
   
7. 
   Какие методы применяются для повышения чувствительности термоэлектронных вакуумметров в области низких давлений?
   
8. 
   Что ограничивает низкий предел измерения давлений в области высокого вакуума с помощью термоэлектронного вакуумметра?
   
9. 
   Объясните устройство и работу манометрического преобразователя ПМИ-2.
   
10. 
    Объясните устройство и работу термоэлектронного преобразователя для измерения сверхнизкого давления.
    
11. 
    Что ограничивает верхний предел измерения давлений с помощью ионизационного вакуумметра?
    
12. 
    Обладают ли термоэлектронные преобразователи откачивающим действием? Почему?
    
13. 
    Преимущества и недостатки термоэлектронных вакуумметров.
    
14. 
    Области применения термоэлектронных вакуумметров.
    
15. 
    Принцип действия гидрид-титанового генератора водорода.
    

Практически каждая установка для получения высокого и сверхвысокого вакуума имеет вращательный объемный насос с масляным уплотнением, который предназначается для удаления основной массы газа из рабочего объема и понижения в нем давления от атмосферного до 10^-2...10^-3 мм рт.ст. (1…0,1 Па).

Действие вращательных объемных насосов с масляным уплотнением основано на периодическом поступлении в его рабочую камеру (при увеличении ее объема) откачиваемого газа и выталкивании его (при уменьшении объема рабочей камеры).

Рабочий цикл такого насоса состоит из этапов:

1) поступление в его рабочую камеру некоторого количества газа из откачиваемого объема;

2) отделение газа, поступившего в рабочую камеру насоса, от эвакуируемого объема;

3) сжатие отдельной порции газа до необходимого давления;

4) выталкивание сжатого газа из насоса.

Изменение давления газа на входе в насос и в объеме его рабочей камеры за один цикл изображено на рис. 3.1. В некоторый момент времени рабочая камера насоса соединяется с откачиваемым объемом.

Вследствие увеличения объема рабочей камеры давление на входе в насос уменьшается от Р₁ до Р₂. По достижении объема V_тах происходит отсечка поступившей в насос порции газа. При следующем за этим уменьшением объема камеры до значения V_p.выт происходит политропический процесс сжатия газа до величины Р_выт. По достижении этой величины при дальнейшем уменьшении объема камеры происходит выталкивание газа из насоса. Следующий рабочий цикл насоса начнется уже с давления Р₂, а выталкивание газа из насоса ― по достижении величины Р_выт.

Рис. 3.1.

Периодическое изменение объема рабочей камеры у рассматриваемых насосов происходит вследствие вращательного движения их внутренних частей.

Вращательные объемные насосы с масляным уплотнением по своей конструкции разделяются на три основных типа: пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и плунжерные (золотниковые). У каждого из этих насосов в статоре имеется камера цилиндрической формы, в которой находится либо ротор, либо поршень сложной формы (плунжер). В теле статора имеется два канала: впускной для впуска газа в рабочую камеру насоса и выпускной для выхода газа из насоса.

Так как у действующего насоса давление эвакуируемого газа в рабочей камере повышается от рабочего давления Р до Р_выт (несколько большего, чем атмосферное), то создается перепад давлений газа между объемами всасывания и выхлопа. Воспрепятствовать перетеканию газа со стороны высокого давления на сторону низкого давления за счет взаимной пригонки деталей насоса оказывается невозможным. Поэтому приходится прибегать к уплотнению мест соприкосновения поверхностей (как подвижных деталей насоса, так и неподвижных) специальным вакуумным маслом. Это масло заливается до определенного уровня либо в бак, в который помещается статор насоса, либо в специальные полости в теле статора. И в том и в другом случаях масло поступает в камеру насоса в количестве, достаточном для создания на поверхностях деталей тонкой пленки. Масляная пленка уплотняет зазоры между поверхностями соприкасающихся деталей и предотвращает перетекание газа из областей с большим давлением в области с меньшим давлением. Одновременно такая пленка на перемещающихся деталях выполняет роль смазки трущихся деталей насоса.

Эффективным способом уменьшения количества перетекающего газа со стороны высокого его давления на сторону впуска является последовательное соединение двух камер, образующих двухступенчатый насос. Такой насос имеет впускной и выпускной каналы, а камеры сообщаются между собой перепускным каналом. В двухступенчатом насосе первой ступенью является та, в которую газ поступает непосредственно из откачиваемого объема, а второй ― из которой газ выталкивается из насоса.

Характерными особенностями конструкции насоса пластинчато-роторного типа являются: совпадение оси вращения ротора с его геометрической осью и смещение оси вращения ротора относительно геометрической оси камеры статора.

Схема устройства насоса приведена на рис. 3.2. Цилиндрический ротор имеет прорезь, проходящую через его тело в диаметральной плоскости. В эту прорезь помещены пластины с распирающими их пружинами. При вращении ротора пластины с помощью пружин и возникающей центробежной силы прижимаются к цилиндрической поверхности камеры статора. За один полный оборот вала насосы этого типа дают два рабочих цикла (два всасывания и два выталкивания газа). Максимальный объем всасывания у этих насосов составляет приблизительно 2/3 рабочего объема камеры. Геометрическая быстрота действия (скорость откачки при атмосферном давлении) определяется соотношением, л/с:

где п ― частота вращения вала насоса, мин^-1; V_{раб .}  рабочий объем камеры насоса, л; V_раб= V_к - V_р; V_к, V_р ― объемы камеры соответственно статора насоса и ротора, л.

Для насосов пластинчато-статорного типа характерным является эксцентричность насадки ротора на вал насоса и совпадение оси вращения ротора с геометричной осью камеры в статоре. Схема устройства пластинчато-статорного насоса приведена на рис. 3.3. Для смещения центра тяжести ротора на ось его вращения в нем делается полость. Разграничение впускного и выпускного объемов осуществляется посредством ротора и пластины, двигающейся возвратно-поступательно в прорези тела статора насоса. Пластина прижимается к поверхности ротора угловым рычагом, производящим давление на нее с помощью пружинной тяги.

Схема устройства плунжерного (золотникового) насоса приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.3.

На вал этого насоса насажен эксцентрик, вращающийся аналогично ротору в пластинчато-статорном насосе. Эксцентрик перемещает в камере статора поршень сложной формы (плунжер). Поршень представляет собой полый цилиндр (обойму) с коробчатым приливом, открытым сверху и сбоку. Прилив при движении скользит в прорези цилиндрической направляющей. При вращении эксцентрика плунжер совершает сложное движение, складывающееся из качения и скольжения его обоймы по поверхности камеры статора и возвратно-поступательного и колебательного движений коробчатого прилива. Геометрическая быстрота этого насоса определяется тем же уравнением, что и у пластинчато-статорного насоса.

Рис. 3.4.

Конструкции вращательных объемных насосов с масляным уплотнением в значительной мере определяют их характеристики, позволяющие произвести оптимальный выбор насосов при создании конкретной установки для получения вакуума.

Эксплуатационные возможности каждого вращательного объемного насоса с масляным уплотнением могут быть оценены начальным и предельным Р_пр давлениями, быстротой действия (скоростью откачки) S, потребляемой мощностью W.

Для вращательных объемных насосов с масляным уплотнением Р_нач ― наибольшим давлением газа на входе насоса, при котором он начинает нормально работать ― является атмосферное давление. В связи с этим его максимальное выпускное давление Р_max (наибольшее давление газа на выходе из насоса, при котором он еще может нормально работать) можно оценить приблизительно величиной, несколько большей действующего атмосферного давления.

Величина Р_max определяется как конструкцией выпускного устройства насоса, так и уровнем масла, находящегося над выхлопным клапаном.

Предельное давление Р_пр насоса ― минимальное давление газа на входе в насос, достигаемое при достаточно длительной его работе, практически отсутствующих газоотделений его деталей и натекания газа из внешней среды. Значение Р_пр определяется конструкцией насоса, режимом его эксплуатации, а также свойствами и состоянием находящегося в нем масла.

В процессе своей работы насос не только удаляет из откачиваемого объема газы, снижая их давление до минимального, но и вводит в этот объем какое-то количество паров масла и других веществ. Поэтому под предельным давлением насоса довольно часто подразумевают его полное предельное давление

где Р_г ― минимальное давление откачиваемых газов; Р_п ― давление паров, поступивших из насосов в откачиваемый объем.

Так как насос работает в интервале давлений Р_нач - Р_пр, то в любой момент времени t давление газа на входе в насос может быть оценено рабочим давлением Р. Учитывая, что в процессе работы насоса величина Р изменяется в пределах Р_начРР_пр, то Р=f(t). Эта зависимость, изображенная графически (рис. 3.5.), называется кривой откачки.

Быстрота действия (скорость откачки) S насоса ― объем газа, проходящий в единицу времени через поперечное сечение канала насоса при данном рабочем давлений, т.е.

Рис. 3.5.

Быстрота действия насоса зависит как от конструктивных особенностей, так и от условий его работы. Величины S и Р_пр могут быть определены графически при наличии кривой откачки. В этом случае Р_пр определяется как наименьшее полученное давление, величина S для любого значения Р определяется как S = -2,3Vtg при условии, что кривая построена в полулогарифмическом масштабе (Р - в логарифмическом масштабе, t ― в линейном масштабе), а объем V ―const.

Однако, наиболее часто быстрота действия насоса определяется расчетным путем. Для этого регистрируется изменение давления от Р₁ при t, до P₂ при t₂ в течение интервала времени t = t₂ – t₁ при откачке некоторого постоянного объема V. Аналогичные значения

определить быстроту действия насоса. При таком расчете получают усредненные значения величины S для всего интервала давлений Р₁ – Р₂.

Для более точного определения быстроты действия насоса интервал давлений Р₁ ― Р₂ (что эквивалентно интервалу времени t) необходимо брать как можно меньшим, а приближаясь к предельному давлению Р_пр (при давлениях Р < Р_пр), величину S рассчитывать по соотношению

Мощность, потребляемая насосом, определяется соотношением

где r_пер – КПД передачи движения от электродвигателя к ротору насоса (для клиноременной передачи r_пер = 0,8); r_дв – КПД двигателя (0,74); W_дв - мощность, потребляемая двигателем.

Мощность W складывается из мощности W_c, затрачиваемой на сжатие откачиваемого газа в камере насоса (полезная мощность), и мощности W_тр, расходуемой на преодоление сил трения (мощность потерь), т.е.

Мощность W_тр зависит от рабочего давления незначительно, поэтому ее можно считать практически величиной постоянной, определяемой для данной конструкции насоса только вязкостью масла.

Мощность W_с зависит от рабочего давления.

Мощность, потребляемая трехфазным двигателем, определяется соотношением

где 3 ― число фаз в сети; U_ф ― фазовое напряжение сети; I_ф ― ток в фазовом проводе;  ― угол сдвига фаз между током и напряжением фазы.

Лабораторная установка выполнена в виде настольного откачного поста.

Внешний вид установки изображен на рис. 3.6. Установка включает в себя вакуумную систему с блоком управления и термопарный вакуумметр.

Рис. 3.6, Внешний вид лабораторной установки

На рис. 3.7 приведена принципиальная схема вакуумной системы, которая состоит из механического двухступенчатого пластинчато-роторного насоса N типа 2НВР-5Д, откачиваемого объема СV вакуумного трубопровода (вакуумпровода) Т, электромагнитного натекателя VE, двух термопарных манометрических преобразователей V1 и V2 типа ПМТ-2, а также деформационного вакуумметра РD. Выпускное отверстие насоса через выхлопной патрубок соединено со штуцером "Выхлоп насоса" на боковой стенке установки. Преобразователь V1 соединяется с трубопроводом со стороны насоса.

Преобразователь V2 и деформационный вакуумметр соединены с откачиваемым объектом СV.

Насос N и электромагнитный натекатель VE подключены к блоку управления вакуумной системой. Манометрические преобразователи V1 и V2 подключены к термопарному вакуумметру.

Рис. 3.7. Вакуумная схема установки.

Все элементы вакуумной системы хорошо видны через прозрачные стенки лабораторной установки.

Блок управления вакуумной системой обеспечивает подачу напряжения на электродвигатель насоса N и электромагнитный натекатель VЕ. Напряжение трехфазной сети подается в установку через разъем "Сеть", размещенный на боковой стенке. В цепь каждого фазового провода включены предохранители, тоже размещенные на боковой стенке установки. На этой же стенке расположена клемма "Заземление".

Управление вакуумной системой осуществляется с помощью переключателей и кнопок, расположенных на горизонтальной и вертикальной панелях передней стенки установки. Переключатель "Сеть", расположенный в верхней части вертикальной панели, предназначен для подачи сетевого трехфазного напряжения в установку.

Кнопка "Насос", расположенная на горизонтальной панели, предназначена для включения и выключения электродвигателя насоса. Электродвигатель подключен к сети через электромагнитный пускатель. Для включения и выключения электромагнитного натекателя предназначена кнопка "Напуск воздуха", также расположенная на горизонтальной панели.

Электромагнитный натекатель представляет собой механический клапан, управляемый с помощью электромагнита. В нормальном положении клапан натекателя закрыт. При нажатии кнопки "Напуск воздуха" подается напряжение на электромагнит, клапан открывается, а воздушная система соединяется с атмосферой. При отжатии кнопки "Напуск воздуха" клапан натекателя закрывается.

На горизонтальной панели также расположены два информационных табло 1 и 2, индицирующие работу системы, и амперметр, включенный в один из фазовых проводов, подключенных к электродвигателю насоса.

Стрелочный индикатор и органы управления термопарным вакуумметром расположены на вертикальной панели передней стенки установки.

Для включения вакуумметра предназначен тумблер, расположенный над стрелочным индикатором.

Индикатор в зависимости от рода его работы показывает либо ток накала термопарного манометрического преобразователя, либо термоЭДС, генерируемую термопарой преобразователя. Выбор рода работы индикатора осуществляется с помощью кнопочного переключателя, расположенного в нижней части вертикальной панели. Для измерения тока накала необходимо нажать на одну из двух средних кнопок. Для измерения термоЭДС необходимо нажать на одну из крайних кнопок.

Для измерения тока накала используется нижняя шкала индикатора на 150 делений, отградуированная на 150 мА. Для измерения термоЭДС используется средняя шкала индикатора на 100 делений, отградуированная на 10 мВ. Верхняя шкала индикатора в единицах давления соответствует градуировочной характеристике термопарного манометрического преобразователя типа ПМТ-4. Так как в лабораторной установке используются преобразователи типа ПМТ-2, верхняя шкала может использоваться только для качественного определения давления.

Под индикатором находится два табло V1 и V2, Табло V1 зажигается в случае подключения индикатора к манометрическому преoбразователю V1, табло V2 в случае подключения к манометрическому преобразователю V2. Выбор преобразователя, с помощью которого производятся измерения, осуществляется с помощью кнопочного переключателя. При нажатии левых кнопок индикатор подключается к манометрическому преобразователю V1 при нажатии правых кнопок к преобразователю V2.

Под табло V1 размещены ручки регулировки тока накала подогревателей манометрических преобразователей. Для регулировки тока подогрева преобразователя V1 предназначена левая ручка, для регулировки тока подогревателя преобразователя V2 ― правая.

В схеме вакуумметра предусмотрена подача напряжения накала на подогреватель преобразователя V1 и V2 сразу же при переключении сетевого тумблера в положение "Вкл." независимо от положений кнопок переключателя рода работы стрелочного индикатора.

При зажигании табло V1 или V2 показывают величину рабочего тока накала подогревателей соответствующих манометрических преобразователей.

Для грубого измерения давления в установке используется трубчатый деформационный вакуумметр на основе трубки Бурдона. Вакуумметр представляет собой запаянную с одного конца тонкостенную трубку эллиптического сечения, изогнутую по дуге окружности. Другим концом трубку соединяют с вакуумной системой. При изменении давления в трубке изменяется сила, действующая на трубку и пропорциональная разности между давлениями атмосферным и в системе. Это приводит к перемещению запаянного конца трубки и повороту на некоторый угол стрелки связанной с ним через систему зубчатых колес.

Таким образом, показания этого вакуумметра зависят от атмосферного давления. Нулевое показание прибора соответствует атмосферному давлению, а измеряемое по шкале ― разности между атмосферным давлением и давлением в вакуумной системе.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить настоящую инструкцию и ознакомиться по литературе с принципом действия, конструкцией и характеристиками механических объемных вакуумных насосов с масляным уплотнением. Изучить режимы течения газа в трубопроводе и методы расчета его пропускной способности.

1. Изучение конструкции механического (вращательного) насоса объемного действия с масляным уплотнением

1. 
   Получить у лаборанта насос, предназначенный для разборки, и набор слесарных инструментов.
   
2. 
   Разобрать насос в последовательности, указанной лаборантом.
   
3. 
   Определить тип насоса.
   
4. 
   Определить назначение каждой детали.
   
5. 
   Проследить путь откачиваемого газа в насосе от впускного канала до выпускного клапана.
   
6. 
   Определить максимальный всасываемый объем газа и геометрическую быстроту действия насоса для номинального числа оборотов его вала (п = 60 об/мин) с учетом числа ступеней насоса. Результаты расчета привести в отчете.
   
7. 
   Сделать эскиз рабочей камеры насоса.
   
8. 
   Собрать насос в последовательности, обратной его разборке. 2. Подготовка к работе лабораторной установки.
   

1. 
   Проверить заземление корпуса установки. Для заземления использовать клемму "Заземление" на боковой стенке установки.
   
2. 
   Установить переключатель "Сеть" на вертикальной панели передней стенки в положение "Откл.".
   
3. 
   Вставить в гнездо "Сеть" на боковой стенке разъем сетевого кабеля и закрутить его. Если разъем вставлен, проверить качество его крепления.
   
4. 
   Установить в положение "Откл." тумблер включения термопарного вакуумметра. Установить в крайнее левое положение ручки регуляторов тока накала подогревателей обоих термопарных манометрических преобразователей.
   
5. 
   Проверить, включен ли насос. Насос выключен в том случае если кнопка "Насос" на горизонтальной панели передней стенки находится в выдвинутом положении. Если насос включен (кнопка прижата к панели), выключить насос нажатием на кнопку.
   
6. 
   Вставить вилку сетевого кабеля в настенную розетку.
   

1. 
   Перевести переключатель "Сеть" на вертикальной панели в положение "Вкл.". При этом на верхней части панели должны загореться три лампочки, индицирующие о подаче трехфазного напряжения сети в установку. Если одна из лампочек не горит, это означает, что отсутствует напряжение на одном из фазовых проводов. В таком случае насос включить нельзя, так как возможен выход из строя электродвигателя. Об отсутствии фазового напряжения в сети поставить в известность лаборанта и преподавателя ведущего занятия, а установку отключить с помощью переключателя "Сеть".
   
2. 
   Перевести сетевой тумблер термопарного вакуумметра на вертикальной панели в положение "Вкл.". При этом должна загореться сигнальная лампочка над стрелочным индикатором.
   
3. 
   Установить рабочий ток накала термопарных манометрических преобразователей. Для этого нажать на одну из средних кнопок переключателя рода работы стрелочного индикатора, после чего засветится одно из табло под индикатором. С помощью ручки "Рег. тока накала" установить по индикатору ток, равный рабочему, написанному на светящемся табло. При измерении тока накала подогревателей необходимо пользоваться нижней шкалой индикатора, отградуированной на 150 мА. Затем аналогичным образом установить рабочий ток накала второго манометрического преобразователя. Для этого необходимо нажать на вторую среднюю кнопку переключателя рода работы стрелочного индикатора.
   
4. 
   Установить переключатель рода работ индикатора вакуумметра в положение измерения термоЭДС преобразователя V2 соединенного с откачиваемым объемом VС , для чего нажать на крайнюю правую кнопку переключателя. При этом должно засветиться табло
   
5. 
   .Включить механический насос нажатием кнопки "Насос" (после включения насоса кнопка начинает светиться) и определить зависимость давления газа в откачиваемом объеме от времени работы насоса. Для отсчета времени использовать секундомер. Для определения давления использовать показания деформационного и термопарных вакуумметров.
   

6. 
   Определить предельный вакуум, достигаемый в откачиваемом объеме. Для этого продолжить откачку до тех пор, пока не станут постоянными показания термопарного вакуумметра.
   
7. 
   Выключить насос нажатием на кнопку "Насос". При выключенном насосе кнопка "Насос" не светится. После выключения механического насоса необходимо в насос напустить воздух, чтобы уравнять давление на входе и выходе насоса. В противном случае масло из насоса под действием разности давлений на входе и выходе насоса попадает в вакуумную сторону и загрязнит ее.
   

8. 
   Напустить воздух в насос. Для этого нажать на кнопку "Напуск воздуха" и держать ее в нажатом состоянии до тех пор, пока не потухнет табло 2. Табло 2 светится при нажатой кнопке "Напуск воздуха". Если преждевременно отпустить кнопку "Напуск воздуха", табло напомнит о необходимости продолжить процесс напуска воздуха в насос.
   
9. 
   Измерить мощность, потребляемую электродвигателем насоса в процессе откачки. Для этого включить насос и измерить ток обмотки двигателя в начале процесса откачки и при нескольких давлениях газа и откачиваемом объеме.
   

3.10 Определить, наблюдается ли разность давлений на обоих концах трубопровода Т в процессе откачки объема СV. Для этого включить насос и произвести измерения с помощью обоих термопарных преобразователей периодически подключаемых к стрелочному индикатору с помощью крайних кнопок переключателя рода работы индикатора. Данные занести в таблицу:

3.11 Выключить лабораторную установку. Перевести сетевой тумблер вакуумметра и переключатель "Сеть" в положение "Откл. ". Вынуть из настенной розетки вилку сетевого кабеля.

4. Обработка результатов измерений.

1. 
   Рассчитать скорость откачки разобранного насоса.
   
2. 
   Построить график Р = f(t) и с помощью данных, взятых из графика, рассчитать величину S и построить зависимость с учетом объема СV, равного 5 л.
   
3. 
   Рассчитать мощность, потребляемую насосом.
   
4. 
   Объяснить, почему наблюдается разность давлений газа на концах трубопровода T, определить режим течения в трубопроводе и рассчитать пропускную способность трубопровода с учетом длины трубопровода 30 см и диаметра 1 см. Использовать справочные данные, приведенные в приложении.
   

1. 
   Цель и задача лабораторной работы.
   
2. 
   Принципиальная схема вакуумной системы с обозначением ее элементов.
   
3. 
   Программа работы на установке и экспериментальные данные.
   
4. 
   Эскиз рабочей камеры насоса и результаты расчета геометрической быстроты действия насоса.
   
5. 
   Графики.
   
6. 
   Результаты обработки экспериментальных данных.
   
7. 
   Выводы о технологических возможностях механических насосов, области их применения.
   

1. 
   Устройство основных типов механических объемных насосов.
   
2. 
   С какой целью используется масляное уплотнение?
   
3. 
   Почему по достижении предельного давления скорость откачки насоса падает до нуля?
   
4. 
   Почему у двухступенчатых насосов предельное давление меньше, чем у одноступенчатых?
   
5. 
   Принцип действия деформационного вакуумметра. Можно ли его использовать для измерений в диапазоне давлений меньше 1 мм рт.ст.?
   
6. 
   Какие режимы течения газа реализуются при откачке газов?
   
7. 
   Объясните параметры: критерий Кнудсена, критерий Рейнольдса.
   
8. 
   Что такое проводимость элемента вакуумной системы? Почему она не равна бесконечности?
   
9. 
   Как определяется проводимость последовательно и параллельно соединенных трубопроводов?
   
10. 
    Как работает газобалластное устройство?
    
11. 
    С какой целью в насос после его остановки напускают воздух? [1; 3; 5; 6; 8]