[發明專利]內置式低溫泵抽速測量裝置及方法

無效

• 申請號: 200910086079.3
• 申請日: 2009-06-08
• 公開（公告）號: CN101576075A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 蔡國飆;王文龍;凌桂龍;黃本誠;張國舟;李曉娟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00;F04B37/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及一種內置式低溫泵的抽速測量裝置，屬于抽速測量領域。

【背景技術】

真空獲得系統是在有限空間(真空容器)內獲得真空環境的有效設備，對小于10^-4Pa的真空度環境，傳統意義機械泵、羅茨泵或泵組已很難實現。為解決這一問題，出現了冷凝吸附原理的低溫泵，低溫泵通過低溫冷板吸附凝結溫度比冷板溫度高的氣體分子。冷板的面積越大抽氣能力越強；冷板溫度越低，能抽除的氣體分子種類越多。早期的低溫泵大都為外置式，冷板面積較小，冷卻工質為液氦，不能依靠低溫冷凝原理抽除氮氣或凝結溫度更低的氫氣等氣體。隨著低溫技術的發展，低溫泵的冷卻工質采用液氦，能抽除氮氣和氫氣等氣體分子，使真空容器內的極限真空度達到更高的水平。同時，低溫泵的冷板面積也不斷加大，在空間有限的真空容器中，為獲得更高的抽氣能力，通常在整個容器內布滿低溫冷板，稱為內置式低溫泵。

內置式低溫泵屬于非標準設計，通常外觀形式不統一、尺寸大小不一致，抽速從幾萬升每秒至幾千萬升每秒不等。對大型結構復雜的內置式低溫泵，其抽速測量方法在國際上沒有統一的標準，論述該類型泵的抽速測量方法的文獻也很少。

泵的抽速定義：當有限的體積內充滿某種氣體時，泵抽除氣體量與時間的比值。對機械泵、羅茨泵和擴散泵等傳統形式的泵或泵組，目前通用的抽速測量方法是：在被測泵或泵組上安裝一個試驗罩，用標準的滴管向罩內通入流量Q已知的氣體，通過真空規測量試驗罩內的壓強P，根據公式S＝Q/P測出泵的抽速S。

由于內置式低溫泵布置安裝在真空容器內，且體積龐大，不可能采用傳統“測試罩”方法測量抽速，而應依托于泵自身所在真空容器，在容器內進行抽速的測量，且測量的抽速是對某單一氣體的抽速。

從理論上講，定壓法和定容法都能實現內置式低溫泵的抽速測量。定壓法是向容器內導入氣體，通過泵抽除倒入的氣體使容器內保持指定的壓強，換算導入氣量與壓強的關系獲得泵的抽速。定容法是使容器內充滿某種氣體，記錄抽除這些氣體所用的時間，換算容器內氣體壓強的降低量與時間的關系獲得泵的抽速。

定容法不適于測量內置式低溫泵抽速。原因有三：1、在一個大型容器內充滿某種單一氣體操作困難；2、即使在一個大容器內充滿某單一氣體，容器內壓強要高于1個標準大氣壓，低于一個大氣壓時壓強難以維持；3、內置式低溫泵通常工作在壓強低于10^-3Pa量級，其抽速測量應該在其工作范圍內的測定，用內置式低溫泵從≥1個標準大氣壓下抽真空既不科學也不經濟，且測量結果為整個試驗過程中對時間的平均抽速，而不是特定壓強下的特定抽速。

與定容法不同，定壓法可在容器內壓強處于極限真空時導入氣體，在特定壓強范圍內，測定氣體的放入量和容器內壓強的關系，同時須考慮導入氣體的溫度變化，利用公式1獲得泵的抽速。

S＝P₀V₀T₁/P₁T₀?????????????????????????(1)

S--內置式低溫泵的總抽速，L/s；

P₀--導入氣體的壓強，Pa；

P₁--容器內的平衡壓強，Pa；

T₀--導入氣體的溫度，K；

T₁--內置式低溫泵冷板的溫度，K；

V₀--導入氣體的流量，L/s。

圖1為中國空間環境模擬器KM4的內置式低溫泵抽速測量裝置及原理示意圖，圖2為中國空間環境模擬器KM3的內置式低溫泵抽速測量裝置及原理示意圖。兩套測量裝置及原理基本類似，都采用定壓原理進行抽速測量，滴管式流量計向真空容器內供氣；不同的是KM4中增加散流器用于減小氣體的射流效應(由導氣管向真空容器的高真空環境中導入氣體時，氣體在管道內的流動為粘滯流或粘滯-分子流，而從管道出來后會迅速膨脹為帶有明顯方向性的分子流，這種效應稱為射流效應)。上述兩種方法的不足之處在于供氣方式陳舊，需要人為調節針閥，計量油標尺格數來換算供氣量；散流器未能很好的解決導入氣體的射流效應，未消除氣流方向性對內置式低溫泵抽速測量的影響。

綜上所述，內置式低溫泵抽速測量的關鍵包括：

1.引入氣體流量精確調節；

2.降低射流效應對抽速測量的影響；

3.真空容器內真空度的實時高精度測量。

參考文獻

[1]黃本誠《空間真空環境與真空技術》，國防工業出版社，2005.1.

【發明內容】