北京大学：《近代物理实验 Modern Physics Laboratory》课程教案（独立实验）_4-1 高压强电离真空计的校准

4-1高压强电离真空计的校准 实验的目的要求: 了解电离真空计的工作原理,学习用膨胀法校准电离真空计。 2.了解电离真空计压强测量上限附近电理规的离子流特性,以及DL-8型高压强电离真 空计采取了那些措施使其压强测量的上限延伸至1扎 3.学习真空的获得、测量和充气技术。 教学内容: 利用机械泵和扩散泵机组获得低于2X10-3托的系统真空度 2.用膨胀法在1X103-1托的压强范围内校准DL-8型高压强电离真空计。 3.由灯丝K与阳极A的间隔大小,估计随压强升高离子流出现非线性的气压范围,观察 上述非线性现象。 4.分析DL-8型高压强电离真空计使其压强测量的上限延伸至1托的原因 实验过程中可能涉及的问题:(有的可用于检查预习的情况,有的可放在实验 室说明牌上作提示,有的可在实验过程中予以引导,有的可安排为报告中要回 答的问题,不同的学生可有不同的要求) 1.实验中,充气校准之前,系统的真空度要求是多高?用机械泵能抽到的真空度是多 少?扩散泵的起动压强是多少?为了达到所要求的本底压强,应如何操作机械泵,扩 散泵联合机组? 2.如何避免机械泵的返油现象? 3.如何避免扩散泵油的氧化? 4.扩散泵刚工作时,系统的压强会上升,原因何在? 5.引导学生注意器壁上气体的脱附对系统真空度的影响。 6.用膨胀法校准前应记录规管各电极工作电压的大小。 7.为了在1X103-1托三个量程的范围内校准DL-8型高压强电离真空计,系统的本底压 强应达到多低?(提示:一般电离真空计允许的测量误差为±20%) 8.根据实验室给出的标准小体积Vo、Vo和与待校准的真空规相联体积V1的大小,对于 电离真空计不同的量程,P的大小应如何选定?(提示:每一个量程至少应有5-6个校 准点。) 9.在往系统充气时,为什么要充干燥的空气?(提示:在本系统中,器壁最易吸附的气 体是水汽) 0.充气时,一方面应缓慢开启漏阀H,同时注意观察U型管液面高度的变化,以免所 充气体的压强超过U型管的待测量程,而导致系统真空度的严重破坏。为避免由此造 成的扩散泵油的氧化,活塞D应处于何种状态? 11.充气过程中,Po的数值偏高,抽空时,该如何操作以避免扩散泵油的氧化? 2.如何正确使用双对数座标纸,并正确标出±20%的允许误差范围。 13.由于U型管的量程远小于1个大气压,为避免系统真空破坏时硅油溢出U型管外, 实验结束前应使U型管两端保持联通 14.规管的结构中,是如何克服灯丝加热伸长变形会使灯丝与阳极间距发生改变这一困 难的? 难点 1.DL-8型高压强电离真空计使其压强测量的上限延伸至1托的原因 答案:(1)减小灯丝与阳极间距至1.3mm。(2)提高灯丝的电位至60V,减小了加 速电场的强度。(3)离子收集极相对灯丝低了60V,对由灯丝发射的电子有很大的减 速和排斥作用。减小了灯丝附近的电场强度,提高了阳极俯近的电场强度。使灯丝发 射的电子,只有在阳极附近才能将气体电离。(4)辅助极的作用使灯丝发射的电子聚 焦地由灯丝往阳极移动。 可进一步探索的问题 气压较高时,气体热导导致的漏热会使灯丝温度发生改变,从而使灯丝的发射电流发 生变化,在电路中是采取何种措施使灯丝发射电流保持稳定的?

4-1 高压强电离真空计的校准 实验的目的要求： 1． 了解电离真空计的工作原理，学习用膨胀法校准电离真空计。 2． 了解电离真空计压强测量上限附近电理规的离子流特性，以及 DL-8 型高压强电离真 空计采取了那些措施使其压强测量的上限延伸至 1 托。 3． 学习真空的获得、测量和充气技术。 教学内容： 1． 利用机械泵和扩散泵机组获得低于 2X10-5托的系统真空度。 2． 用膨胀法在 1X10-3-1 托的压强范围内校准 DL-8 型高压强电离真空计。 3． 由灯丝 K 与阳极 A 的间隔大小，估计随压强升高离子流出现非线性的气压范围，观察 上述非线性现象。 4． 分析 DL-8 型高压强电离真空计使其压强测量的上限延伸至 1 托的原因。 实验过程中可能涉及的问题：（有的可用于检查预习的情况，有的可放在实验 室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回 答的问题，不同的学生可有不同的要求） 1． 实验中，充气校准之前，系统的真空度要求是多高？用机械泵能抽到的真空度是多 少？扩散泵的起动压强是多少？为了达到所要求的本底压强，应如何操作机械泵，扩 散泵联合机组？ 2． 如何避免机械泵的返油现象？ 3． 如何避免扩散泵油的氧化？ 4． 扩散泵刚工作时，系统的压强会上升，原因何在？ 5． 引导学生注意器壁上气体的脱附对系统真空度的影响。 6． 用膨胀法校准前应记录规管各电极工作电压的大小。 7． 为了在 1X10-3-1 托三个量程的范围内校准 DL-8 型高压强电离真空计， 系统的本底压 强应达到多低？（提示：一般电离真空计允许的测量误差为±20%） 8． 根据实验室给出的标准小体积 V0、V0´和与待校准的真空规相联体积 V1 的大小，对于 电离真空计不同的量程，P0的大小应如何选定？（提示：每一个量程至少应有 5-6 个校 准点。） 9． 在往系统充气时，为什么要充干燥的空气？（提示：在本系统中，器壁最易吸附的气 体是水汽） 10． 充气时，一方面应缓慢开启漏阀 H，同时注意观察 U 型管液面高度的变化，以免所 充气体的压强超过 U 型管的待测量程，而导致系统真空度的严重破坏。为避免由此造 成的扩散泵油的氧化，活塞 D 应处于何种状态？ 11． 充气过程中，P0的数值偏高，抽空时，该如何操作以避免扩散泵油的氧化？ 12． 如何正确使用双对数座标纸，并正确标出±20%的允许误差范围。 13． 由于 U 型管的量程远小于 1 个大气压，为避免系统真空破坏时硅油溢出 U 型管外， 实验结束前应使 U 型管两端保持联通。 14． 规管的结构中，是如何克服灯丝加热伸长变形会使灯丝与阳极间距发生改变这一困 难的？ 难点： 1． DL-8 型高压强电离真空计使其压强测量的上限延伸至 1 托的原因。 答案：（1）减小灯丝与阳极间距至 1.3mm。（2）提高灯丝的电位至 60V，减小了加 速电场的强度。（3）离子收集极相对灯丝低了 60V，对由灯丝发射的电子有很大的减 速和排斥作用。减小了灯丝附近的电场强度，提高了阳极俯近的电场强度。使灯丝发 射的电子，只有在阳极附近才能将气体电离。（4）辅助极的作用使灯丝发射的电子聚 焦地由灯丝往阳极移动。 可进一步探索的问题： 1． 气压较高时，气体热导导致的漏热会使灯丝温度发生改变，从而使灯丝的发射电 流发 生变化，在电路中是采取何种措施使灯丝发射电流保持稳定的？

2.有的规管在102-1托范围,灯丝亮度会有闪动,离子流的大小也会有较大的起伏,原 因何在?答案:在10-2-1托范围,灯丝发射电流的取样电阻为15M9。图41-7中V 处受到的电磁干扰很大,导致灯丝电流有较大的起伏。 3.有的规管在102托量程时有漏电,(1小格左右)原因何在?答案:引导分析为什么只 在102托量程看到。因为由表4-1-1可知,这一档的离子流放大器的灵敏度最高。漏电 是由于规管温度升高,玻壳的漏电所致。(当灯丝停止工作5分钟,玻壳的温度下 降,漏电随即消失。)

2． 有的规管在 10-2—1 托范围，灯丝亮度会有闪动，离子流的大小也会有较大的起伏，原 因何在？答案：在 10-2—1 托范围，灯丝发射电流的取样电阻为 15MΩ。图 4-1-7 中 VF 处受到的电磁干扰很大，导致灯丝电流有较大的起伏。 3． 有的规管在 10-2托量程时有漏电，（1 小格左右）原因何在？答案：引导分析为什么只 在 10-2托量程看到。因为由表 4-1-1 可知，这一档的离子流放大器的灵敏度最高。漏电 是由于规管温度升高，玻壳的漏电所致。（当灯丝停止工作 5 分钟，玻壳的温度下 降，漏电随即消失。）