分子泵性能测试的工程误差探析
阅读次数:261 发布时间:2017/5/10 14:57:24
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分子泵性能测试的工程误差探析

 

  针对当前普遍采用的分子泵抽气性能测试方法与程序,讨论用升压法测量涡轮分子泵压缩比时实测计算值与真实值之间客观存在的差异,并讨论用其测量复合分子泵压缩比的可行性;分析用滴管流量计法测量分子泵(涡轮分子泵和复合分子泵)抽速时可能产生的直接或间接的误差,并提出消除此类误差的基本思路,基于此思路,在实际工程中可得到科学可靠的更能客观反映产品性能的测试数据。

  分子泵能耗低,使用方便,易维护,其在分子流区域( 涡轮分子泵) 和接近分子流区域( 复合分子泵)有稳定的抽气性能,广泛应用于高能加速器、重粒子加速器、可控热核反应装置、等离子体物理空间研究、原子束分子束系统、表面物理和分析仪器、高级电子元器件制造、半导体和光学元器件制造、真空镀膜、真空冶炼等涉及真空技术的电子、冶金、化工、科研等众多领域。

  分子泵主要抽气性能指标包括工作压力、压缩比与抽速。根据当前普遍采用的分子泵性能测试方法与程序,工作压力采用直接法测量,压缩比采用升压法测量,抽速采用流量法或标准流导法测量,而这三项指标的测量,从理论上分析是可行的,但在实际工程测量中,根据实际测量条件,对于涡轮分子泵,压缩比的测量值与真实值之间存在较大的差异; 而无论是涡轮分子泵或复合分子泵,基于滴管流量计法的抽速的测量值与真实值之间也存在直接或间接的误差,本文将逐一进行分析讨论。

1、压缩比测量

  压缩比测量采用升压法,通过向被测泵的前级真空侧充入被测气体以改变前级压力与入口压力,压缩比由两者变化量之比值衡量,测量过程中需先建立工作压力。

  设工作压力为p01,对应前级压力为p02( 此处p01、p02即为本底值) ,第i(i=1,2,3,4.....) 次充气后,入口压力变为p i1,变化量为Δpi 1,前级压力变为pi 2,变化量为Δp i2,对应的压缩比为Ki,则有

 

  压缩比K max= max(K 1,K 2,,,,Ki ) 。

  《GB/T 7774-2007 真空技术涡轮分子泵性能参数的测量》中关于压缩比的测试规程未对前级压力的充气量作详述,但根据理论研究和实践证明,为了消除本底值对测量的影响,通过次对前级真空侧充气后,应保证对应的入口压力

  p11= 2 p01 ( 2)

  也即Δp 11=p01 ( 3)

  而对第二次( 含) 以后的充气量则不作严格规定。实际工程产品中,考虑到实际应用意义,加之由于条件所限,一般不对泵作极限压力( 无限制拖动和烘烤后,测试罩中最终趋近的压力值; 相比工作压力而言,此值在工程应用中意义不大) 检测,而对工作压力的检测有严格的规程和限制条件,其值是一个条件限制值而非趋近值,目前市场上的分子泵工作压力一般为10-6~ 10-7 Pa 量级。

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