O próżni czyli o niczym. Jerzy Zachorowski marzec 2008

Podobne dokumenty
dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

Technika próżni / Andrzej Hałas. Wrocław, Spis treści. Od autora 9. Wprowadzenie 11. Wykaz ważniejszych oznaczeń 13

Wytwarzanie próżni pompy strumieniowe

Próżnia w fizyce i chemii

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Próżnia w badaniach materiałów

ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się

PVD-COATING PRÓŻNIOWE NAPYLANIE ALUMINIUM NA DETALE Z TWORZYWA SZTUCZNEGO (METALIZACJA PRÓŻNIOWA)

Instytut Nawozów Sztucznych Puławy. Wyposażenie Laboratorium Wysokich Ciśnień w nowoczesną infrastrukturę badawczą

kyniezawodne zawory Mixproof

Testy Która kombinacja jednostek odpowiada paskalowi? N/m, N/m s 2, kg/m s 2,N/s, kg m/s 2

Pompy turbomolekularne

Lampa AM AM 1 AM 2 AM 3 AM 4 AM 5 średnica przyłącza DN przepływ nominalny przy transmisji m 3 /h 18,

Zawór EVRM wersja gwintowana. Zawór EVRM wersja kołnierzowa CIŚNIENIE 6 BAR (EVRM6-NA) MODEL PRZYŁĄCZE

ZAŁĄCZNIK NR 1 DO OGŁOSZENIE O ZAMÓWIENIU WMP/Z/42/2014. Specyfikacja sprzętu laboratoryjnego Zadanie nr 1

S: Magnes na tłoku. Amortyzacja P: Pneumatyczna regulowana E: Mechaniczna (elastyczne pierścienie)

Elektroniczne pompy obiegowe do c.o.

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

Polska Nr referencyjny nadany przez Zamawiającego WPT /1/2013 CZEŚĆ III OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Próżnia w badaniach materiałów

Max Ciśnienie : 40 Barów Specyfikacje : Typ sprężynny Wszystkie pozycje Metal / metal. Materiał : Stal nierdzewna

01F 02F 03F 04F. bezpośredniego działania bezpośredniego działania membranowy membranowy pośredniego działania DN 1,5 4 mm 1/8 1/4

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

M M A P S - 25 X 40. A: Dwustronnego Średnica x Skok działania S: Magnes na tłoku (typ podstawowy) Amortyzacja M: Zgodne z ISO 6432

Magazynowanie cieczy

Żarówka elektryczna jako pompa jonowo-sorpcyjna

Zastosowanie. Materiał. Działanie

Wytrzymałość dielektryczne powietrza w zależności od ciśnienia

kyniezawodne zawory Mixproof

Różne dziwne przewodniki

PL B1. Mechanizm regulacyjny położenia anody odporny na temperaturę i oddziaływanie próżni

VIESMANN VITOCAL 200-S Pompa ciepła powietrze/woda, wersja Split 3,0 do 10,6 kw

Opis typoszeregu: Wilo-Yonos MAXO

ĆWICZENIE WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK POMPY WIROWEJ

Informacja o produkcie Przepustnica odcinająca w wersji Ex AK-Ex

Termiczne odgazowanie wody zasilającej kotły parowe.

Zawory obrotowe trójdrogowe PN6

Fizyka 1 Wróbel Wojciech

Zawór klapowy zwrotny typ 33

22 Materiały techniczne 2015/1 powietrzne pompy ciepła typu split do grzania i chłodzenia

Możliwości techniczne wojskowych ośrodków metrologii

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

30 Materiały techniczne 2019 powietrzne pompy ciepła typu split do grzania i chłodzenia

03 - Miary, tabele, przeliczania jednostek

Pobieranie próbek gazowych

ZAWORY KĄTOWE T żeliwne

01F 02F 03F 04F. DN mm 1/ bar 40 bar 25 bar 25 bar. DN mm 1/4 1

Dostępne są dwie wersje prowadzenia: prowadnice w tulejach z brązu spiekanego oraz toczne z łożyskami kulkowymi.

14 Materiały techniczne 2019 powietrzne pompy ciepła typu split do grzania i chłodzenia

Zawór grzybkowy skośny, metal

Instrument wykorzystywany w budownictwie domów drewnianych firmą Treeland sp. z o.o.

Zawory obrotowe trójdrogowe PN6

NM4, NMS4. Pompy wirowe z wirnikami zamkniętymi

14 Materiały techniczne 2015/1 powietrzne pompy ciepła typu split do grzania i chłodzenia

ELEKTROMAGNETYCZNY ZAWÓR MEMBRANOWY DO WODY (NO) ESM87

Ogólne cechy ośrodków laserowych

Pompa strumieniowa, ejektorowa, Seria EBS Przyłącze wtykowe sterowanie pneumatyczne, forma T tłumik hałasu

Tempoplex-odpływ wysokość zabudowy 60 mm. Instrukcja obsługi. Rok produkcji: 6963 od 01/2010. pl_pl

Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM-FC)

Nawęglanie Niskociśnieniowe ( Nawęglanie Próżniowe) Dlaczego stosowane?

Siatka spiętrzająca opis czujnika do pomiaru natężenia przepływu gazów. 1. Zasada działania. 2. Budowa siatki spiętrzającej.

Olejowskazy, korki odpowietrzające

Frialit -Degussit Ceramika tlenkowa Komora próżniowa

PRZYCHODNIA W GRĘBOCICACH GRĘBOCICE ul. Zielona 3działki nr 175/7, 175/4, 705 PROJEKT BUDOWLANY BUDOWY BUDYNKU PRZYCHODNI CZĘŚĆ SANITARNA

Aparatura Chemiczna i Biotechnologiczna Projekt: Filtr bębnowy próżniowy

Basenowe wymienniki ciepła

ELEKTROMAGNETYCZNY ZAWÓR MEMBRANOWY DO WODY (NZ) ESM86

Filtr siatkowy z podwójnym sitem ze stali nierdzewnej Strona O 4/1

2/2-drogowy zawór elektromagnetyczny Normalnie Zamknięty

DISCO Zawory zwrotne RK, PN 40

Schemat instalacji. Suszarka PT 8301 SL G PT 8301 COP SL G PT 8303 SL G. pl - PL / 01

25 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY. (od początku do prądu elektrycznego)

Wszystkie rozwiązanie techniczne jakie znalazły zastosowanie w Avio kw zostały wykorzystane również w tej grupie urządzeń.

Klapy odcinające PN6, PN10, PN16

Separator zanieczyszczeń kątowy typ 51

Łukowe platerowanie jonowe

Informacje techniczne dotyczące montażu i stosowania. Wartownik.

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

Siłowniki obrotowe GTD/GTE

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Zestawy pompowe PRZEZNACZENIE ZASTOSOWANIE OBSZAR UŻYTKOWANIA KONCEPCJA BUDOWY ZALETY

Napędy obrotowe Napędy wirnikowe Seria RAK. Broszura katalogowa

Mikrotherm. Ręczny zawór grzejnikowy z nastawą. engineering ADVANtAGe

Szczegóły budowy kolektora próżniowego typu HeatPipe. Część 1.

Masowe przepływomierze termiczne do pomiaru przepływu sprężonego powietrza i innych gazów, wersja zanurzeniowa

TECHNICZNA SPECYFIKACJA

Filtry oleju MS 500, V 500, R 500, V½ - 500, ½ - 500

INSTRUKCJA OBSŁUGI i INSTALACJI

Przepustnica do regulacji i odcięcia przepływu

Czym jest prąd elektryczny

V5000, V5010 Kombi-3-plus ZAWÓR ODCINAJĄCY I REGULACYJNO-ODCINAJĄCY

Elektrozawory VZWF, ze sterowaniem wymuszonym

PNEUMATYCZNE ZAWORY ZACISKOWE SERIA VMC

Instrukcja instalacji i obsługi. Pompy poziome typu CB(I), HBI(N)

Opis serii: Wilo-DrainLift Box

FRIALIT -DEGUSSIT ZAAWANSOWANA CERAMIKA KOMORA PRÓŻNIOWA DO MAGNESÓW DIPOLOWYCH

Pomoc ssawna. Zapowietrzanie głowic. Zasada działania. Rev MB /1

A&DEFG#87F#HIDJ

1/ Podwójnego działania, z amortyzacją, magnetyczne Ø160, 200, 250, 320 mm

ZEFIRO ECO [7,1-18,9 kw] SKY ECO F [7,6-19,5 kw] ROZDZIAŁ 12 GAZOWE, PRZEPŁYWOWE PODGRZEWACZE WODY

Transkrypt:

O próżni czyli o niczym Jerzy Zachorowski marzec 2008 1

Półkule magdeburskie Otto von Guericke, 1654, sztych z Experimenta Nova, 1672. 2

3 An Experiment on a Bird in an Air Pump by Joseph Wright of Derby, 1768

Wartości liczbowe Ciśnienie atmosferyczne Ciśnienie w hpa (mbar) Liczba cząsteczek na cm 3 Średnia droga swobodna Liczba zderzeń z powierzchnią (cm -2 s -1 ) 1013,25 2,7 10 19 68 nm 10 23 Próżnia niska 300 1 10 19 10 16 0,1 100 µm 10 23 10 20 Próżnia średnia 1 10-3 10 16 10 13 0,1 100 mm 10 20 10 17 Próżnia wysoka (HV) 10-3 10-7 10 13 10 9 10 cm 1 km 10 17 10 13 Próżnia bardzo wysoka (UHV) Próżnia ekstremalnie wysoka (XHV) 10-7 10-12 10 9 10 4 1 km 10 5 km 10 13 10 8 10-12 10-14 10 4 10 2 10 5 10 7 km 10 8 10 6 Przestrzeń kosmiczna 10-7 10-16 10 9 1 1 10 9 km 10 13 10 4 4

Jednostki 1 bar = 10 5 Pa (N/m 2 ) = 750 Tr (mmhg) 1 Tr = 133 Pa 1 kg/m 2, 1 atm. techn. (at) = kg/cm 2 = 0.980665 bar 1 atm. fiz. (atm) = 760 Tr = 1.01325 bar 5

Przepływ molekularny Przepływ molekularny gdy średnia droga swobodna > rozmiar zbiornika l p Iloczyn: wielkość stała dla gazu np.: dla N 2 5,9 10-5 m mbar. Przepływ molekularny, gdy l > d p d > 10-2 m Pa 6

Pompowanie Wydajność pompowania C = -dq/dt = - d(pv)/dt jednostki: tor litr/s, Pa m 3 /s = W Szybkość pompowania jednostki: litr/s, m 3 /s Ilość gazu S = -dv/dt C = S p Objętość 7

Przewodność Dla zbiornika: C Z = S Z p Z Dla pompy: C P = S P p P Natężenie przepływu: I = G (p Z p P ); G przewodność Zbiornik p Z Jeśli nie ma strat: C Z = I = C P 1 G = 1 S Z 1 S P, I G = 1 S Z p = Z 1 S P p P C = S 1 +, G Z Z S C S eff P P, S G = S + G = 1+ S S G Pompa p P 8

Przewodność c.d. Szeregowy układ przewodów: 1/G = 1/G 1 + 1/G 2 + Równoległy układ przewodów: G = G 1 +G 2 + 9

Przewodność c.d. Otwór o powierzchni kołowej: G otw [m 3 /s] = 366 r 2 Rura o przekroju kołowym: G R [m 3 /s] = 976,2 r 3 /l Rura z uwzględnieniem otworu: G R [m 3 /s] = 976,2 r 3 /(l+8/3 r) 10

Szybkość pompowania Pompa: S = 300 l/s, Rura Ø=25 mm, L = 70 mm G = 28 l/s, Zawór kątowy NW25 G = 10 l/s, S eff = 7 l/s Stosunek ciśnień: p Z /p P = 300/7 = 43 11

Praktyczne rady Bardzo łatwo zepsuć przewodnictwo, Element o najmniejszym przewodnictwie określa efekt całkowity (reguła najsłabszego ogniwa), Wszystkie przewody powinny mieć duże średnice i być możliwie krótkie. 12

Lepiej tak niż tak Połączenie o dużej przewodności Połączenie o małej przewodności 13

Odpompowanie zbiornika Ilość gazu, którą musimy usunąć: Q Gaz w zbiorniku, Przecieki Desorpcja z powierzchni Przenikalność przez ścianki i uszczelnienia 14

Ciśnienie parcjalne 15

Nieszczelność Dziura o średnicy ¼ mm w ściance 3 mm: potrzeba S = 500 000 l/s, aby utrzymać p = 10-6 Tr. Uwaga na sztuczne nieszczelności : np. powietrze uwięzione w gwintowanym otworze z wkręconą śrubą bardzo powoli się wydostaje do komory próżniowej. 16

Desorpcja Zależy od materiału, stanu przygotowania Q = q des A np. stal nierdzewna, wyczyszczona q des = 2,7 10-7 mbar l/cm 2 s po przygotowaniu, wygrzaniu: q des = 3 10-10 mbar l/cm 2 s Jednocząsteczkowa warstwa pary wodnej na powierzchni zbiornika o poj. 22,4 l (1 mol): po odparowaniu ciśnienie 10-2 Tr. 17

Przenikalność Szkło przenikalne dla H 2, He, Metale przenikalne dla H 2, 18

Pompy Pompa nie zasysa gazu! Jeśli cząsteczka dostanie się do pompy, to zostanie usunięta. Pozostałe cząsteczki: szybki ruch termiczny, zderzenia ze ściankami wypełniają objętość komory. 19

Pompy 20

Pompa turbomolekularna Wynalazek: 1958, W. Becker, firma Pfeiffer, Prędkość łopatki > prędkość termiczna cząsteczek. Obroty: 20 000 90 000 obr./min (łożyska!) Kompresja: ~10 8 dla N 2, mniej dla H 2, He. Próżnia: 10-4 10-10 mbar. Wymaga pompy wstępnej. 21

Pompa jonowa Napięcie: kilka kv 1. Magnes stały 2. Obudowa 3. Tytanowa katoda 4. Macierz komórek anodowych 5. Doprowadzenie wys. napięcia Prąd: µa-ma (zależy od ciśnienia) Próżnia: 10-5 -10-11 mbar Czas życia: 40 000 h @ 10-6 mbar 100x więcej @ 10-8 mbar 22

Mechanizm działania Gazy aktywne chemicznie: N 2, O 2, H 2 : Dysocjowane i jonizowane w wyładowaniu, przyspieszone do katody N, O: wybijają tytan z katody, są neutralizowane i wiązane chemicznie H: dyfunduje w tytan (głównie w katodzie) Małe molekuły: H 2 O, CO, CO 2, CH 4, NH 3, NO Dysocjowane i jonizowane w wyładowaniu, przyspieszone do katody, C: wiązany na powierzchni jako wolny węgiel 23

Mechanizm działania Gazy szlachetne: He, Ne, Ar, Kr, Xe: Jonizowane w wyładowaniu, przyspieszone do katody wybijają tytan z katody, są neutralizowane i więzione w napylanym tytanie He: dyfunduje w tytan 24

Pompa tytanowa sublimacyjna Prąd (50A) przepuszczany przez drut tytanowy Tytan odparowuje i osiada warstwami na wewnętrznej powierzchni komory, H 2, O 2, N 2, H 2 O pompowane (wiązane chemicznie), metan, gazy szlachetne nie. 25

Non-Evaporable Getters (NEG) Stopy Zr-V-Fe lub Zr-Al: w powietrzu pokryte tlenkami (wymagają wygrzania (aktywowania) w próżni). Pompują: H 2 (odwracalnie), CO, CO 2, O 2, N 2, H 2 O (nieodwracalnie), gazy szlachetne nie. 26

Połączenia próżniowe Niska i średnia próżnia uszczelki elastomerowe Flansze quick-connect ( KF ) łatwe w użyciu, do wielokrotnego wykorzystania Smary wysokopróżniowe, o niskiej prężności par mogą być użyte 27

Uszczelki elastomerowe Buna-N: tanie, do ~100ºC, Viton: najczęściej używane, do ~180ºC, Uwaga na jakość powierzchni pod uszczelką! Rysy na metalu nieszczelności. Wygrzanie w próżni przed zainstalowaniem odgazowanie. Smarowanie uszczelek: puryści nie, pragmatycy tak, możliwie najcieniej, nigdy gołymi palcami. 28

Połączenia próżniowe Wysoka i ultra wysoka próżnia: materiały: stal lub aluminium - spawane, żadnych elastomerów ani smarów! Uszczelki z czystej miedzi (OFHC) Flansze z ostrą krawędzią Conflat Plastyczna deformacja metalu uszczelki tylko jednokrotnie używana! Okienka, połączenia metal-szkło: specjalne konstrukcje ze względu na ew. naprężenia w szkle. 29

Armatura CF 30

Budowa aparatury Procedura: 1. mycie części: myjka ultradźwiękowa i mydło 2. płukanie: woda dejonizowana, aceton, metanol 3. wygrzewanie dla odparowania rozpuszczalników (400 C w powietrzu) 4. montaż komory: uwaga na śruby (posrebrzane lub smarowane dwusiarczkiem molibdenu) 5. odpompowanie komory do ~10-8 mbar : pompa turbomolekularna + membranowa 6. wygrzewanie 31

Wygrzewanie 1. osłonić komórki szklane 2. założyć taśmy grzewcze i termopary 3. rozgrzewać do 300 C (nie szybciej niż 50 C/h) równomierna temperatura (różnice < 30 C) 4. grzać także dyspensery metalu i druty pompy sublimacyjnej Ti 5. odgazować dyspensery i druty Ti 6. wygrzać pompę turbo i pompę jonową 7. wygrzewać przez 12h z pompą turbo 32

Wygrzewanie c.d. 8. zamknąć zawór do pompy turbo 9. wygrzewać przez 2 dni z pompą jonową 10. ochładzać aparaturę przez 6 8 godzin 11. ostatecznie ciśnienie < 10-10 mbar 33

Pomiar ciśnienia 34

Szukanie nieszczelności Wyszukanie i poprawienie nieszczelności skomplikowanym układzie może doprowadzić do szaleństwa!! Próżnia wstępna: podejrzane miejsce spryskać acetonem i obserwować wskazanie miernika Piraniego (cieplnoprzewodnościowego) Próżnia wysoka i UHV helowy wykrywacz nieszczelności: podłączyć spektrometr masowy i natryskiwać helem podejrzane miejsca. 35

Historia wygrzewania 36

Historia wygrzewania 37