分子泵性能测试的工程误差探析

2013-08-14 刘安良 成都南光机器有限公司

  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。

  氧大氧分子结构结构泵具体抽气机械使用性能因素包涵平均工做学习水压、减小比与抽速。要只能根据现阶段普通选用的氧大氧分子结构结构泵机械使用性能测试工具仪方法步骤与环节,平均工做学习水压选用随便法预估,减小比选用升压法预估,抽速选用用户量法或细则流导法预估,而这三项评分因素的预估,从其实上概述是准许的,但在其实公程预估中,要只能根据其实预估能力,对涡轮机机氧大氧分子结构结构泵,减小比的预估值与完美值简单出现更大的相互影响; 而无所谓是涡轮机机氧大氧分子结构结构泵或塑料氧大氧分子结构结构泵,应用于滴管用户量计法的抽速的预估值与完美值简单也出现随便或外源性的确定误差,本段将逐个开始概述座谈会。

1、压缩比测量

  收缩的比测试适用升压法,能够 向被测泵的前级正空侧充进被测实验室气体以变动前级负荷与入口通道负荷,收缩的比由俩者变现量之参考值的量,测试的时候中首先需要形成最低值事情负荷。   设最少运作压差为p01,相关联着前级压差为p02( 前方p01、p02成为本底值) ,第i(i=1,2,3,4.....) 次充汽后,通道压差转换成p i1,发展量为Δpi 1,前级压差转换成pi 2,发展量为Δp i2,相关联着的缩减比值Ki,则有

分子泵性能测试的工程误差探析

  非常大缩小比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,通过第一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; 相比最低工作压力而言,此值在工程应用中意义不大) 检测,而对最低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最低工作压力一般为10-6~ 10-7 Pa 量级。

  假定一台压缩比为1.0 × 108 量级的分子泵(复合分子泵或涡轮分子泵) ,对压缩比进行测量时,其建立的最低工作压力为p01= 1.0 × 10-6 Pa,前级压力为p02= 0.1 Pa,按规定对前级第一次充气升压后,由式(1)-式(3) 可得:入口压力p11= 2 × p01= 2.0× 10-6 Pa,变化量Δp11= p 01= 1.0 × 10-6 Pa,则前级压力应为p12= 1.0 × 108 × 1.0 × 10- 6+ p 02= 100.1Pa,由此可见,即使忽略前级压力的本底值p02,前级压力都已跨越过渡流进入粘滞流

  由分子泵的抽气机理易知,涡轮分子泵仅在分子流态时有稳定的抽气性能,而在过渡流或粘滞流时,抽气性能急剧劣化,在实际测量计算涡轮分子泵的压缩比时,通过第一升压后,前级处于过渡流或粘滞流,泵的最末几级( 压缩级) 有一部分处于/ 未工作0状态,因此此时测量计算的压缩比值并不能表征真实值,这也是"GB/T 7774-2007中特别指出强烈建议使用另外一台分子泵或扩散泵作为前级泵以确保被测泵出口压力处于分子流态时测量才有意义0的缘故; 但若要保持前级压力一直处于分子流态,假定第一次升压后前级压力为0.1 Pa,则要能真实准确测量计算压缩比为1.0 × 108 量级的涡轮分子泵压缩比,即使忽略前级本底值,入口压力本底值( 最低工作压力) 应为1.0 × 10- 9 Pa; 但由前文所知,最低工作压力是一个条件限制值,一般不可能达到10- 9 Pa 量级,因此目前采用的升压法测量涡轮分子泵的压缩比,其测量计算值是不准确的,实际工程中也很难准确测出真实的压缩比值。通过理论研究和实践证明,目前采用升压法测量涡轮分子泵的压缩比,测量计算值会比真实值降低1~ 2 个数量级,若测量过程中升压间隔时间不当,导致入口压力与前级压力未达稳态,则测量计算值会降低得更多。需要特别指出的是: 与涡轮分子泵不同,复合分子泵由于牵引级的存在,不但可工作在分子流,而且还可工作在过渡流或粘滞流,前级压力变为过渡流或粘滞流时对泵的抽气性能并无影响,因此用升压法测量计算复合分子泵的压缩比是极为可行的,其测量计算值趋于真实值,且被测泵前级是否配置另一台分子泵或扩散泵并无关系。

2、抽速测量

2.1、滴管手机蒸汽流量计作业的基本原理

  分子泵入口压力大于10-4 Pa 时采用流量法测量计算抽速,而流量法普遍采用的流量计为滴管流量计,其装置如图1 所示。

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图1 滴管热度计自测控制系统   如下阐述其流量的测定方式:假定测定工作中大环境摄氏度与检查传动装置摄氏度地处同一条固定的情况,在一个测定期限内,某一时间t ,滴管壁内气占地面积为G,则有 G=f(t) ( 4)

  令滴管直径为d,微调阀到滴管初始液面之间的密闭体积为V0,当地大气压为p at ,测量用液体密度为Q( 一般要求用20℃时运动黏度低于3 × 10- 5 m2/ s 的油) ,重力加速度为g,并作如下规定: 初始时:t 0 时刻,滴管零刻度线、滴管内液面、贮液槽液面三者平齐,易知,此时滴管内气体压力为p at; 测量计时开始时:t 1 时刻,滴管内液面上升高度为h1,微调阀到滴管液面之间的密闭体积为V1,滴管内气体压力为p 1,气体量为G 1; 测量计时终止时:t 2 时刻,滴管内液面上升高度为h2,微调阀到滴管液面之间的密闭体积为V2,滴管内气体压力为p 2,气体量为G2; 则有从t 1 时刻到t 2 时刻的测量时间内,滴管内液面净上升高度

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  此ΔG 成为Δt = t 2- t1 时段内推送去各种测试罩被泵抽走的气大体量。在Δt 时段内的年均气客流量为

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  若h1= 0,即估测已经计时器时,滴管道内液面与贮液槽液面对齐,则而言一给定滴管和确定的估测用油,d、Q、V0 如图所示,滴管常数K 与p at、Δh 分別连成一片次变量相互关系,可说为:

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  测出p at、Δh,可快捷确定公式出K 。留量计器在出厂时,般会提前合同约定一两个Δh值,第二步表明这几个多种的使用p at值确定公式出对应着的K值,快捷项目 用途中查看。式(12) 可优化为

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  得知K 值后,可便宜求出抽速S ,这该是实计工业中滴管联通流量法测试仪抽速的算出公式式。按照事前算出公式的K 值,下面数据分析其会直接或举例说明的工业数据误差。 2.2、施工误差率介绍   在抽速真正自测中,工业施工测量差值值率的生成是甲乙双的方面的,这儿仅介绍探讨一下滴管人超声波流量计安全装置本就生成的工业施工测量差值值率和故意操控错误可能会生成的工业施工测量差值值率( 不包括正常的的从客观生成的读数等测量差值值率) 。 2.2.1、连接管管的现象   真空室在校正用滴管总电磁流量计通常事情下为小厚度怎么算玻璃窗管,因为孔隙管症状的发生,初始方式下,滴管口液面与贮液槽液面发生必定的位置差,且滴管厚度怎么算越小,位置差越强烈; 在其它能力具备的事情下,孔隙管症状将直接导致式(13) 中p at与V0,从根本上导致K 值,没过实践活动证件,若是滴管口径没非常小,其在校正中带来的孔隙管症状误差度较小,在工程建筑中能够 给忽略不计较。 2.2.2、贮液槽液面转化   现实情况测定时,原因滴管径液面逐渐,贮液槽液面对于始方式稍有减低,会关系式(13) 中h1,伴随滴管径液面逐渐,h1 将比起始方式增强,最真实的K值要不低于及时折算的K 值,不了原因贮液槽的大小欧亚于滴管截的大小,贮液槽液面减低极度在项目 中可释放不算。 2.2.3、滴管零精确度线刚开始地理位置   在检测的中的原始动态,滴管保存不妥,诱发滴管零标尺刻度线与贮液槽液面不分散对齐,将可以决定式( 13)中V0; 若零刻线仍处在液面下述,则现实情况的V0 将值为及时给定的V0,真人的K 值要值为及时求算的K值; 不然的话,若零刻线仍处在液面上,则现实情况的V0 将不超及时给定的V0,真人的K 值要不超及时求算的K 值。 2.2.4、h1 导致   及时运算的滴管常数K 值时,是系统设计h1= 0 即精确测量展开倒计分时,滴管路液面与贮液槽液面齐平的先决标准,但在实际的公程检测中,想要容易倒计分,一般的都会从另一个程度h1( h1 > 0) 展开倒计分,该种时候下,由式(13) 易知,现实的K 值要小于等于及时运算的的K值。 2.2.5、Δh 引响   二次估算滴管常数K 值时,条约了节流过程的液柱净飙升位置Δ h 值,由式(13) 易知,若估测查找的液柱净飙升位置多于二次条约Δh,实在的K 值要不少于二次估算的K 值; 但是,若估测查找的液柱净飙升位置不少于二次条约Δh,实在的K 值要多于二次估算的K 值。 2.2.6、橡胶管处漏气   在试验装置中,若橡高压胶管与上下调整阀或/ 和橡高压胶管与滴管相交接处有微漏,在许多经济条件能够满足的条件下,气流输寄到测量罩被泵抽走的气面积要大过估算出值,从而泵的实践抽速要大过估算出抽速。 2.3、数据误差去除基本思路   造成在滴管客涡轮流量计传动装置作业阶段中有可能创造的校正计算误差推出一些减少要点:   (1) 对滴管常数K 值提起核算若要创新抽速核算,在测定阶段中随时提供首先需要核算K 值时的先决必备因素并遵从预设的操作使用的技术规程,如提高初期感觉下滴管零刻线与液面对齐、开始了手表时滴管路液面与贮液槽液面对齐、老是测定的液柱净上升的非常与首先需要核算K 值时的Δh 类似性功能下降。可是,首先需要核算K值时,影响必备因素较多,操作使用的方便。   (2) 对滴管常数K 值未作前提来测算方法,而是以其实际情况在线测量中各一些运作的试验值是以式(12) 24小时来测算方法,事实上,抽速来测算方法虽相应较繁琐步骤,但受到订立条件减少,操作流程简约,读数、计分更方便,数据源可信度。

  (3) 测量开始前,对流量计密闭空间进行检漏,确保漏率不大于10-7 Pa.L/ s 量级。

3、总结

  用近些年都用到的升压法校正蜗轮团伙泵的缩短比时,在合理建筑项目中,不易测出实计存在缩短比率,一样 校正确定出来值会比实计存在值降1~ 2 数量频度或大量,但用此法測試pp团伙泵的缩短比时,都比较精准,校正确定出来值渐趋实计存在值。用滴管水水数据文件涡轮流量计法校正团伙泵抽速时,更要满足了优先确定出来K 值时的先决的生活条件并遵从预期的使用技术技术标准,时保证水水数据文件涡轮流量计通风空間有优秀的密封胶性,这样,将导致不容被忽视的建筑项目随机随机误差值; 在建筑项目用中,是为了增加此种随机随机误差值并不受到的生活条件或技术技术标准的独立性,提倡对K 值未有优先减化确定出来,而要根据合理校正中各有关系规格的测评值可以依照式(12) 实时时间确定出来,随机随机误差值小,数据文件准确,这已在本大公司近这几年来新研制成功的五种新团伙泵測試中能够了非常好的的安全验证。