Фотоприставка имеет форму усечённой пирамиды. На плоскости меньшего сечения имеется круглое отверстие, через которое производится фотографирование изображения.
Отверстие уплотняется светозащитным рукавом.
На плоскости меньшего сечения имеется кронштейн, на котором устанавливается фотоаппарат типа «Зенит-Е».
На боковых гранях пирамиды имеются два прямоугольных окна для визуального наблюдения изображения на экране кинескопа.
2. Экспериментальная часть
2.1 Вакуумная система
Вакуумная система предназначена для получения и поддержания в процессе работы рабочего давления 6,66·10Па (5·10 мм рт.ст.) в колонне микроскопа.
Время откачки герметичной колонны от атмосферного давления до рабочего давления 1,33·10 Па (1·10 мм рт.ст.) не превышает 5 мин.
Кроме того, вакуумная система позволяет шлюзовать объект и работать с колонной с выключенным форвакуумным насосом в течение 20 мин.
Вакуумная система (рисунок 2.1) состоит из следующих основных узлов: вакуумного распределителя (1), диффузионного паромасляного насоса В-1С-2(3), высоковакуумной ловушки (2), форбаллона и вакуумо-проводов, которые на рисунке не указаны.
2.1.1 Вакуумный распределитель
Распределитель служит для коммутации магистралей предварительного и высокого вакуума. Распределитель показан на рисунке 2.2. В корпусе 13 размещены:
- канал1, служащий для откачки рабочего объёма на предварительный вакуум;
- каналы 21и29-для откачки форбаллона форвакуумным насосом;
- канал9- для напуска воздуха в колонну;
- канал 34- для откачки колонны дифнасосом.
Распределительный диск 24 с расположенными в нём отверстиями служит для коммутации рабочего объёма и буферного баллона с механическим насосом, а также для напуска воздуха в колонну.
2.1.2 Высоковакуумная ловушка
Высоковакуумная ловушка (рисунок 2.3) служит для улавливания паров масел и устанавливается между вакуумным распределителем и дифнасосом. Она состоит из двух частей; ловушки водяной и ловушки азотной.
2.2 Форвакуумный насос
2.2.1 Принцип действия
Первым насосом такого типа был созданный в 1912 г. пластинчато-роторньтй насос, схема которого показана на рисунке 2.4. В цилиндрической камере 1 насоса вращается в направлении, указав стрелкой, эксцентрично расположенный ротор 2, в прорези которого свободно вставлены пластины З с пружиной 4. При вращении ротора пластины скользят по внутренней поверхности цилиндра, и в камере насоса образуются две полости переменного объема: I (полость всасывания) и II (полость сжатия). Полость всасывания I при вращении ротора увеличивает свой объем, и в нее по ступает газ из впускного патрубка 5, связанного с откачиваемым объемом. Объем полости сжатия II, расположенный на выпускной стороне, уменьшается при вращении ротора, и в ней происходит сжатиё газа. Эта полость соединена с клапаном 6. Когда давление газа в полости II станет достаточным для открытия клапана, произойдет выхлоп. Выхлопной клапан находится под уровнем масла, что препятствует попаданию атмосферного воздуха в насос. В процессе работы зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью насоса — маслом, благодаря чему обратное перетекание газа с выхода на вход становится ничтожно малым. Масло заполняет и так называемые вредные пространства, из которых газ вытесняется при работе роторного механизма (например, объем под клапаном), и исключает их влияние, ведущее к повышению остаточного давления. Одновременно масло обеспечивает смазку и частичное охлаждение механизма насоса. Масло поступает в камеру насоса через зазоры и сверления в корпусе из маслорезервуара, где оно находится под атмосферным давлением, а через выхлопной клапан вновь возвращается в маслорезервуар.
Рисунок 2.4 - схема пластинчато-роторного насоса
2.2.2 Параметры и характеристики
Остаточное давление и некоторые другие параметры механических насосов с масляным уплотнением в значительной мере определяются свойствами рабочей жидкости (залитого в насос масла). Как газы, так и конденсирующиеся пары, создающие обратный поток, попадают на вход насоса из циркулирующего в нем масла. Перед поступлением в камеру насоса масло некоторое время находится в маслорезервуаре, где подвергается воздействию атмосферного воздуха и поглощает газы. При поступлении масла в рабочую камеру поглощенные ранее газы выделяются из пленки масла и поступают на вход насоса.
У одноступенчатых насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов составляет обычно (2,7—6,6)×10 Па [(2 - 5)·10 мм рт. ст.], а полное остаточное давление (2—6,6) Па [(1,5 – 5)·10 мм рт. ст.1.
У насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов в основном определяется качеством изготовления.
Остаточное давление насосов измеряют с помощью манометра, присоединенного к заглушке (или к камере небольшого объема) на впускном патрубке насоса. При измерении давления остаточных газов манометр обычно защищают ловушкой, охлаждаемой жидким азотом.
Полное остаточное давление насоса зависит от состава (наличия летучих фракций) и состояния (в первую очередь — от температуры) рабочей жидкости. При повышении температуры масла наблюдается повышение как полного остаточного давления насоса, так и давления остаточных газов.
После запуска холодного насоса установившаяся температура масла (50—70° С) достигается через 2—З ч в зависимости от размеров насоса.
Быстрота действия S насосов с масляным уплотнением определяется их конструкцией. Различают геометрическую быстроту действия S и истинную быстроту действия S или просто быстроту действия насоса.
Геометрическая быстрота действия S может быть представлена как произведение объема V рабочей камеры насоса в момент «конец всасывания» на число оборотов вала в единицу времени:
где n — скорость вращения, об/мин.
В пластинчато-роторных насосах рабочая камера состоит из ряда ячеек объемом V, образуемых между соседними пластинами, причем число ячеек равно числу пластин z,
Истинная быстрота действия Sвсегда меньше этой величины из-за ограниченной проводимости входных коммуникаций в насосе между отверстием входного патрубка и камерой, а также за счет обратного потока газов. Эта разница становится особенно заметной при приближении к остаточному давлению. Отношение называемое объемным к.п.д. насоса, составляет обычно 0,75—0,85 при давлениях Па (1 мм рт. ст.) и уменьшается до нуля при P
В связи с отсутствием заметного перетекания газа с выхода на вход в рабочей камере быстрота действия насосов с масляным уплотнением практически не зависит от рода откачиваемого газа, так как разница в величине проводимости входных коммуникаций по разным газам очень мало сказывается на быстроте действия насоса.
При неизменной проводимости входных коммуникаций быстрота действия любого насоса при произвольном впускном давлении р определяется уравнением
где P — остаточное давление;
S— быстрота действия насоса при впускном давлении
В насосах с масляным уплотнением при впускных давлениях ниже 10² - 10 Па (~ 1—0,1 мм рт. ст.) проводимость входных коммуникаций заметно уменьшается, в то же время уравнение (3), учитывающее влияние на быстроту действия только обратного потока, не учитывает уменьшения проводимости входных коммуникаций; поэтому применительно к этим насосам уравнение (3) в области низких давлений может использоваться только для грубых оценок быстроты действия.
Для точных расчетов, связанных с использованием значений быстроты действия в области низких давлений, не обходимо пользоваться экспериментальными зависимостями быстроты действия от впускного давления.
Для насосов с масляным уплотнением такие измерения проводят в области давлений от ~10³ Па (несколько мм рт. ст.) до p. Обычно считают, что при высоких давлениях (p ≈ 10³ Па) быстрота действия насоса постоянна.
Мощность, потребляемая насосами с масляным уплотнением, затрачивается на преодоление трения в механизме насоса (мощность трения или мощность потерь) и на процесс перемещения и сжатия газа (индикаторная мощность.)
2.3 Диффузионный насос
Диффузионные насосы предназначены для работы в области высокого и сверх-высокого вакуума, т. е. при давлениях ниже 10 Па (10 мм рт. ст.).
Отличительной особенностью характеристики диффузионных насосов является постоянство быстро ты действия в рабочем диапазоне давлений, обусловленное сохранением молекулярного режима течения газа в районе первого сопла.
Конструкции паромасляных диффузионных насосов имеют ряд особенностей, обусловленных недостатками масел, используемых в качестве рабочих жидкостей. Это прежде всего устройства, обеспечивающие фракционирование (т. е. разделение на фракции) неоднородных масел, причем тяжелые фракции (с низким давлением насыщенного пара) направляются в сопло первой (высоковакуумной) ступени, чем обеспечивается низкое остаточное давление и высокое быстродействие насоса в целом, а легкие фракции (с высоким давлением насыщенного пара) направляются в сопло последней ступени, обеспечивая высокое выпускное давление. Насосы с таким устройством называются фракционирующими или разгоночными. На рисунке 2.5,а показано устройство металлического высоковакуумного разгоночного диффузионного насоса Н-5Т. Сварной корпус 1 насоса выполнен из мало углеродистой стали с наваренной на него рубашкой водяного охлаждения, паропровод 2 с двумя зонтичными соплами изготовлен из алюминия; последней выходной ступенью является эжектор З.
Рисунок 2.5 - Паромасляный насос Н-5Т (а) и устройство и действие лабиринтных колец для фракционирования масла (б): 1- корпус; 2 — паропровод; З — эжекторная ступень; 4 — ловушка для паров масла; 5 — электронагреватель; 6 — лабиринтные кольца.
Фракционирование масла, стекающего в кипятильник с периферии по стенке корпуса, осуществляется с помощью лабиринтных колец, удлиняющих путь масла (рисунок 2.5,б) до поступления в центральную зону кипятильника, откуда питается паром высоковакуумное сопло, так что легкие фракции масла успевают испариться на периферии кипятильника, откуда они поступают во второе зонтичное и эжекторное сопла насоса.
Остаточное давление пароструйного насоса в значительной мере определяется степенью фракционирования масла и содержанием газов в масле, стекающем в кипятильник, так как чем лучше обезгажено масло, тем меньше газов заносится паровой струей на впуск насоса. Лабиринтные кольца, показанные на рисунке 2.5, не прилегают плотно к днищу кипятильника, в связи с чем не обеспечивают достаточного фракционирования масла.
