Subversion Repositories svnkaklik

Rev

Rev 711 | Details | Compare with Previous | Last modification | View Log

Rev Author Line No. Line
711 kaklik 1 
\documentclass[12pt,a4paper,oneside]{article}
2 
\usepackage[colorlinks=true]{hyperref}
3 
\usepackage[utf8]{inputenc}
4 
\usepackage[czech]{babel}
5 
\usepackage{graphicx}
6 
\textwidth 16cm \textheight 24.6cm
7 
\topmargin -1.3cm
8 
\oddsidemargin 0cm
9 
\pagestyle{empty}
10 
\begin{document}
11 
\title{Čerpání turbomolekulární vývěvou}
12 
\author{Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz}
13 
\date{19.11.2010}
14 
\maketitle
15 
\thispagestyle{empty}
16 
\begin{abstract}
17 
\end{abstract}
18 
 
19 
\section{Úvod}
20 
\begin{enumerate}
720 kaklik 21 
\item Aparatura je napuštěna vzduchem na atmosférický tlak. Zavřít napouštěcí ventil.
711 kaklik 22 
 
720 kaklik 23 
\item Zapnout a nechat ustálit vakuometr.
711 kaklik 24 
 
720 kaklik 25 
\item Zapnout hlavní vypínač vakuového stojanu. Sledovat vývoj na display. Nastavit display na skutečné otáčky. Sledovat časový průběh tlaku v recipientu a zaznamenávat p=p(t).
711 kaklik 26 
 
720 kaklik 27 
\item Po dosažení tlaku $p < 10^{-3}$ Pa možno zapnout hmotnostní analyzátor - ovládání přes počítač.
711 kaklik 28 
 
720 kaklik 29 
\item Nastavení režimu ... sejmout hmotností spektrum. Možno několikrát opakovat a uložit do paměti pro ilustraci v protokolu. Určit hlavní - převládající -prvky či molekulární fragmenty.
711 kaklik 30 
 
720 kaklik 31 
\item Nastavit režim "TREND" a sledovat časový průběh tlaku vybraných plynů. Uložit do paměti.
32 
 
33 
\item Změřit vliv ohřátí recipientu na parciální tlaky v aparatuře. Při měření v režimu "TREND":
34 
\begin{enumerate}
35 
\item Zapnout ohřev recipientu.
36 
\item Sledovat průběh parciálních tlaků až do fáze jejich všeobecného poklesu.
37 
\item Zaznamenat rovněž celkový tlak $p_tot(t)$.
38 
\item Uložit v paměti.
39 
\item Vypnout ohřev a ještě chvíli zaznamenávat časový průběh tlaků.
711 kaklik 40 
\end{enumerate}
41 
 
720 kaklik 42 
\item Zaznamenat průnik lehkého plynu - helia - zpětnou difusí čerpací soustavu do vakua: Okolí výfuku z turbo-molekulární vývěvy zahltit heliem a sledovat parciální tlak He v aparatuře v režim "TREND".
43 
 
44 
\item Zaznamenat vliv otáček vývěvy na čerpání rázných plynů:
45 
 
46 
\item V režimu "TREND". Vypnout napájení čerpací sestavy na dobu než tlak vystoupí na  cca $10^{-3}$ Pa. Při cca $10^{-3}$ Pa opět napájení zapnout (! Aby se nespálila katoda iontového zdroje). Zaznamenat vzrůst parciálních tlaků s klesajícími otáčkami.
47 
 
48 
\item Odstavit hmotností analyzátor (vypnout žhavení katody)
49 
 
50 
\item Odstavit vakuovou aparaturu.
51 
\end{enumerate}
52 
 
711 kaklik 53 
\section{Postup měření}
54 
 
720 kaklik 55 
Na začátku měření byla celá aparatura napuštěna vzduchem na atmosférický tlak. Zavřeli jsme proto napouštěcí ventil a aktivovali automatiku pro čerpání.
56 
Průběh tlaku při čerpání membránovou a následně i turbo-molekulární vývěvou je vidět v grafu.
711 kaklik 57 
 
720 kaklik 58 
\begin{center}
59 
\begin{figure}[htbp]
60 
\includegraphics[width=150mm]{cerpani.png}
61 
\caption{Průběhy tlaku v recipientu během čerpání.}
62 
\end{figure}
63 
\end{center}
711 kaklik 64 
 
720 kaklik 65 
Po dosažení odpovídajícího tlaku jsme zapnuli kvadrupólový hmotnostní spektrometr a změřili hmotnostní spektrum zbytkové atmosféry. Spektrum je opět uvedeno v grafu.
711 kaklik 66 
 
720 kaklik 67 
\begin{center}
68 
\begin{figure}[htbp]
69 
\includegraphics[width=150mm]{hmotnostni_spektrum.png}
70 
\caption{Hmotnostní spektrum zbytkové atmosféry v aparatuře}
71 
\end{figure}
72 
\end{center}
711 kaklik 73 
 
720 kaklik 74 
 
711 kaklik 75 
\begin{table}[htbp]
720 kaklik 76 
\caption{Hlavní plyny ve zbytkové atmosféře}
711 kaklik 77 
\begin{center}
78 
\begin{tabular}{|r|r|r|}
79 
\hline
720 kaklik 80 
\multicolumn{1}{|l|}{M$_r$ [g/mol]} & \multicolumn{1}{l|}{Ionty} & \multicolumn{1}{l|}{Molekuly}\\ \hline
81 
1,1 & H$^+$ & H$_2$, H$_2$O, C$_x$H$_y$\\
82 
2,0 & H$_2^+$, He$^{++}$ & H$_2$, He \\
83 
12,0 & C$^+$ & CO, CO$_2$, C$_x$H$_y$ \\
84 
15,0 & CH$_3^+$, NH$^+$ & C$_x$H$_y$, NH$_3$ \\
85 
16,0 & O$^+$, CH$_4^+$,NH$_2^+$ & O$_2$, H$_2$O, CH$_4$, NH$_3$ \\
86 
17,0 & OH$^+$, NH$_3^+$ & H$_2$O,NH$_3$ \\
87 
18,0 & H$_2$O$^+$ & H$_2$O \\
88 
20,0 & HF$^+$, 2ONe$^+$, Ar$^{++}$ & HF, 2ONe, Ar \\
89 
28,0 & N$_2^+$, C$_2$H$_4^+$, CO$^+$ & N$_2$, C$_x$H$_y$, CO, CO$_2$ \\
90 
29,0 & C$_2$H$_5^+$, 14N15N$^+$	& C$_x$H$_y$, N$_2$ \\
91 
30,0 & C$_2$H$_6^+$, NO$^+$ & C$_2$H$_6$, NO \\
92 
44,0 & C$_3$H$_8^+$, CO$_2^+$, C$_2$H$_4$OH$^+$, N$_2$O$^+$ & C$_3$H$_8$, CO$_2$, C$_2$H$_5$OH, N$_2$O \\
93 
\hline
711 kaklik 94 
\end{tabular}
95 
\end{center}
720 kaklik 96 
\label{tabulka_hmotnosti}
711 kaklik 97 
\end{table}
98 
 
720 kaklik 99 
Po změření hmotnostního spektra jsme se zaměřili na rychlost čerpání jednotlivých plynů a ovládací software při čtení dat z hmotnostního spektrometru přenastavili tak, aby zaznamenával vývoj parciálních tlaků několika hlavních typů plynů v aparatuře. Časový vývoj tohoto záznamu je uveden v grafu.
100 
Je vidět, že různé plyny mají odlišné parciální tlaky, což je způsobené jednat jejich nestejným zastoupením v atmosféře na začátku čerpání a potom i rozdílnou čerpací rychlostí pro různé relativní hmotnosti plynů.
711 kaklik 101 
 
720 kaklik 102 
\begin{figure}[htbp]
711 kaklik 103 
\begin{center}
720 kaklik 104 
\includegraphics[width=150mm]{cerpani_parcialni.png}
105 
\caption{Průběh parciálních tlaků jednotlivých plynů při čerpání turbo-molekulární vývěvou}
106 
\end{center}
711 kaklik 107 
\end{figure}
720 kaklik 108 
 
109 
Při dosažení již prakticky konstantní hodnoty tlaků jsme zkusili demonstrovat snadný průnik lehkého plynu zpět skrz lopatky turbo-molekulární vývěvy. Za tímto účelem jsme mírně pootevřeli napouštěcí ventil, který do TMV ústí zhruba ve dvou třetinách lopatkového kola a vstup ventilu ofoukli Heliem z balonku. Následně byl zřejmý silný nárůst parciálního tlaku helia, jak je vidět v grafu.
110 
 
111 
\begin{figure}[htbp]
112 
\begin{center}
113 
\includegraphics[width=150mm]{difuze_helium.png}
114 
\caption{Difuze helia zpět skrz lopatky turbo-molekulární vývěvy}
711 kaklik 115 
\end{center}
720 kaklik 116 
\end{figure}
711 kaklik 117 
 
118 
 
720 kaklik 119 
Dalším krokem bylo zahřátí aparatury a opět záznam desorpce a změny parciálních tlaků v recipientu. V grafu je dobře vidět nárůst prakticky všech parciálních tlaků plynů, avšak u vodíku nejmenší, díky jeho obecně nízké vazbě na povrch aparatury.
711 kaklik 120 
 
720 kaklik 121 
\begin{figure}[htbp]
122 
\begin{center}
123 
\includegraphics[width=150mm]{cerpani_desorpce.png}
124 
\caption{Průběh parciálních tlaků po zapnutí ohřevu aparatury}
125 
\end{center}
126 
\end{figure}
711 kaklik 127 
 
720 kaklik 128 
Prakticky posledním měřením bylo zjištění vlivu otáček TMV na tlak v aparatuře. K tomu jsme v řídícím softwaru snížili otáčky z původních 1500Hz na 600Hz, díky setrvačnosti rotoru se tato změna na vývěvě aplikovala velmi pozvolna bylo tak možné sledovat, jak se mění průběh tlaku v aparatuře. Opět jsou naměřené hodnoty vyneseny do grafu pro jednotlivé hlavní plyny.
711 kaklik 129 
 
720 kaklik 130 
\begin{figure}[htbp]
711 kaklik 131 
\begin{center}
720 kaklik 132 
\includegraphics[width=150mm]{cerpani_otacky.png}
133 
\caption{Růst parciálních tlaků po snížení otáček lopatkového kola vývěvy}
134 
\end{center}
711 kaklik 135 
\end{figure}
136 
 
720 kaklik 137 
\section{Závěr}
138 
Úloha ukázala výhody turbo-molekulární vývěvy vůči ostatním typům vývěv, což je zvláště její rychlost náběhu a i čerpací rychlost vzhledem k příkonu. Ale zároveň i její nepříjemnou vlastnost a to její omezenou schopnost čerpání lehkých plynů, jako je například helium.
711 kaklik 139 
 
140 
\end{document}