[發明專利]一種基于微型真空泵測量惰性氣體抽速的裝置及方法

在審

• 申請號: 201811488521.0
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109751233A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 郭美如;董猛;孫雯君;李剛;裴曉強;任正宜;管保國
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;付雷杰

本發明公開了一種基于微型真空泵測量惰性氣體抽速的裝置及方法，裝置包括氣體微流量源、測試罩、真空抽氣系統、活性氣體抽氣系統、磁懸浮轉子真空計及待測微型真空泵；氣體微流量源用于提供微流量惰性氣體；真空抽氣系統用于對測試罩內抽真空；活性氣體抽氣系統用于抽出活性氣體，且抽速比待測微型真空泵的抽速大10⁴倍，同時對惰性氣體無抽速；真空抽氣系統預先對測試罩內抽真空，在測試過程中活性氣體抽氣系統與待測微型真空泵一起抽出測試罩中的氣體，并由磁懸浮轉子真空計測量動態平衡下的測試罩內的氣體壓力。本發明可以實現微型真空泵對惰性氣體抽速的精確測量，且方法簡單可行，易于操作。

技術領域

本發明涉及真空技術領域，具體涉及基于微型真空泵測量惰性氣體抽速的裝置及方法。

背景技術

真空計量是真空物理和技術的重要組成部分。真空計量已成為計量學的一個新的獨立分支，在國際上得到了承認。真空計量中最基本的三個物理量是真空度p、氣體微流量Q和抽速S。真空計量的主要研究范圍概括為真空度測量，氣體微流量或漏率測量，真空泵的抽速測量。

其中真空度測量下限已達到10^-10Pa量級，氣體微流量測量下限達到10^-14Pa·m³/s，但抽速的測量下限只能達到10^-2m³/s量級，遠遠不能滿足當今工業生產科技發展的需求。

空間導航和地面守時用銫原子鐘，需要用微型真空泵長期維持銫束管內的超高真空度，通過對真空泵抽速精確測量，從而改進真空泵設計，確保銫原子鐘的性能。月球、火星等深空探測中搭載的質譜計等高精度載荷產品需要用微型真空泵維持真空腔體的真空度，通過對微型真空泵抽速精確測量，既能使載荷達到使用壽命要求，又能使泵最小化，提高載荷的整體性能。微型真空泵還普遍應用于航空、航天、電子、醫藥等各種行業，微型真空泵抽速的大小直接影響產品的質量，所以急需對微型真空泵抽速進行測量。

在真空泵抽速測量方面，各個真空計量技術機構和真空泵生產廠家都建立了真空泵測量裝置及各種測試規范，如ISO5302渦輪分子泵性能測試規范、JB/T2965濺射離子泵性能測試方法等，但都集中在測量10^-2m³/s量級以上真空泵抽速測量。

不同種類的真空泵有不同的工作原理，即使同一種類真空泵對不同的氣體的抽氣機理也不同，例如：濺射離子泵對N₂、O₂、CO和CO₂等氣體主要靠離子濺射而淀積于陽極筒內壁上的鈦膜的化學吸附；對H₂主要通過化學吸附抽氣，也通過擴散、吸收、溶解的方式抽氣；對He、Ar等惰性氣體主要靠離子“掩埋”方式抽氣。所以真空泵的抽速隨氣體成分的不同而不同，不能用一種氣體的抽速替代其它氣體成分的抽速。

真空計量、航天、電子等特殊行業使用微型真空泵對惰性氣體或含有惰性氣體的混合氣體進行抽氣，微型真空泵對惰性氣體的抽速大小直接影響著產品的性能，所以要對微型真空泵對惰性氣體的抽速精確測量方法進行研究，建立相應的測量裝置，填補空白，以滿足實際應用的需求。

對于抽速小于10^-2m³/s量級微型真空泵來說，影響其抽速測量的最主要的因素是真空腔體內壁放氣和用于測量氣體壓力的真空計本身的吸放氣效應，由于惰性氣體相對于活性氣體來說電離幾率小，真空腔體放出的活性氣體對測量結果影響更大，所以實現微型真空泵對惰性氣體抽速的精確測量的關鍵就是減小和避免上述兩方面的影響。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于微型真空泵測量惰性氣體抽速的裝置及方法，可以實現微型真空泵對惰性氣體抽速的精確測量，且方法簡單可行，易于操作。

本發明采取的技術方案如下：