| 以低溫泵為主泵的真空檢漏系統研究 |
| 信息來源：【安坤科技】 加入時間：【2013/8/30】 點擊次數：【2719】 【雙擊滾動窗口】 |
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摘要：由于分子泵對氦氣有較大抽速，因此在真空檢漏系統中通常用分子泵作為主泵，但當檢漏容器很大時需要大量分子泵。低溫泵具有清潔無油、抽速大的優點，如果在檢漏系統中能夠采用低溫泵作為主泵，可以大大減少真空泵數量。本文對以低溫泵為主泵的真空檢漏系統進行了實驗研究，并對實驗現象進行了分析。研究結果表明，低溫泵可以有效提高檢漏系統的工作真空度，對檢漏系統的有效靈敏度影響很小，但以低溫泵為主泵的檢漏系統的反應時間比以分子泵為主泵的檢漏系統反應時間長。
為了提高衛星總漏率測試靈敏度，需要將衛星放入專用的大型檢漏容器中采用真空質譜檢漏方法進行檢漏。由于低溫泵具有清潔無油、抽速大的優點，大型真空容器的抽氣系統通常采用低溫泵作為主泵，但低溫泵對氦氣的抽速小，故在檢漏系統中通常使用對氦氣抽速較大的分子泵作為主泵。低溫泵對空氣抽速大，如果在衛星檢漏系統中采用低溫泵作主泵，可以減少泵的數量，節約投資，本文對以低溫泵為主泵的漏系統進行了研究。
實驗研究利用KFTA空間環境模擬設備進行了以低溫泵為主泵的真空檢漏系統實驗研究。KFTA設備主要用于衛星部組件熱真空實驗，容器尺寸為Ф1400mm×3000mm，真空系統主泵為Ф500低溫泵，其對氮氣的名義抽速為10500L/s，配有一臺Ф200復合分子泵，其對氮氣的名義抽速為1200L/s，兩臺抽速為30L/s的干泵作為粗抽泵，同時作為分子泵的前級泵，氦泵和分子泵之間的管路上。KFTA設備的原理如圖1所示系統靈敏度的校準利用標準漏孔，分別在分子泵單獨抽氣和低溫泵與分子泵共同抽氣兩種工況下標定系統有效靈敏度。在兩種工況下，系統抽到穩定的真空度后氣體載荷很小，用檢漏儀作為分子泵前級完全可以保證分子泵正常運行，因此在標定系統靈敏度過程中關閉兩個干泵入口閥門。用低溫泵與分子泵共同抽氣，容器達到的真空度為2.6×10-3Pa，此時檢漏儀輸出的本底信號為1.0×10-9Pa·m3/s，關閉Ф500閥門保持Ф200閥門開啟，容器的真空度變為9.7×10-3Pa·m3/s，檢漏儀輸出的本底信號為9.1×10-10Pa·m3/s。實驗說明低溫泵的引入可以有效提高容器的真空度，但對本底信號幾乎沒有影響，即低溫泵對氦氣的分流作用很小。檢漏系統的有效靈敏度可按下式計算[1]Qemin=InI-I0Q0（1）式中Qemin———系統有效檢漏靈敏度，Pa·m3/sIn———本底噪聲I———標準漏孔的反應值I0———本底信號Q0———標準漏孔標稱值，Pa·m3/s分子泵單獨抽氣和低溫泵與分子泵共同抽氣兩種工況下分別采用兩個標準漏孔進行標定實驗，實驗數據如表1和表2所示。表1分子泵低溫泵共同抽氣數據實驗結果表明，引入低溫泵后，容器真空度有顯著提高，但低溫泵對容器本底幾乎沒有影響，低溫泵對系統的有實驗結果表明，引入低溫泵后，容器真空度有顯著提高，但低溫泵對容器本底幾乎沒有影響，低溫泵對系統的有效檢漏靈敏度幾乎沒有影響。1.2反應時間和清除時間由于衛星檢漏是單件生產，對檢漏準確度要求高，對檢漏效率要求并不很高，因此本文中反應時間和清除時間均指檢漏儀達到穩定輸出值所需要的時間。在兩種工況下的漏率標定實驗中，從打開漏孔閥門到檢漏儀輸出值穩定的時間如表3所示，實驗數據表明，采用分子泵與低溫泵共同抽氣的反應時間較長。表3反應時間數效檢漏靈敏度幾乎沒有影響。1.2反應時間和清除時間由于衛星檢漏是單件生產，對檢漏準確度要求高，對檢漏效采用分子泵單獨抽氣時，關閉漏孔后，檢漏儀輸出值在3min內可以恢復到本底值。采用低溫泵分子泵共同抽氣時，系統很難恢復本底，例如，用標稱漏率為2.7×10-7Pa·m3/s的標準漏孔標定系統時，開漏孔前本底值為1.0×10-9Pa·m3/s，開漏孔后檢漏儀的穩定輸出值為1.8×10-7Pa·m3/s，關閉漏孔后，經過1h本底只能恢復到1.1×10-8Pa·m3/s，此時關閉Ф500閥門，本底在3min恢復到1.0×10-9Pa·m3/s，再次打開Ф500閥門，本底值又快速上升到1.0×10-8Pa·m3/s。兩種工況下本底恢復曲線如圖2所示，圖中t1時刻關閉標準漏孔，檢漏儀開始恢復本底，t2時刻關閉Ф500閥。實驗現象分析2.1低溫泵對氦氣的分流作用本文所有漏率標定實驗均是在兩臺干泵不抽氣的條件下進行的，因此分子泵的前級沒有其它泵與檢漏儀分流，兩種工況下的檢漏靈敏度分別由式2和式3表示Qemin=Qmin（2）Qemin’=STHeSTHe+SCHeQmin（3）式中Qemin———分子泵單獨抽氣時系統有效靈敏度，Pa·m3/sQmin———為檢漏儀的靈敏度，Pa·m3/sQemin’———分子泵與低溫泵共同抽氣時有效檢漏靈敏度，Pa·m3/s；STHe———分子泵對氦氣的有效抽速，L/sSCHe———低溫泵對氦氣的有效抽速，L/s用式2除以式3得QminQmin1=STHe+SCHeSTHe（4）由表1和表2的數據可知，在分子泵單獨抽氣和分子泵與低溫泵共同抽氣兩種工況下有效靈敏度都在1.2×10-10Pa·m3/s~1.5×10-10Pa·m3/s范圍內，可以認為在兩種工況下的有效靈敏度是相等的，其相互之間的差值為隨機誤差。故可得QminQmin1≈1（5）根據式4和式5可知，檢漏過程中低溫泵對氦氣的有效抽速與分子泵對氦氣的有效抽速相比很小，幾乎可以忽略不計，即低溫泵對氦氣的分流可以忽略不計。2.2低溫泵對反應時間和恢復時間的影響低溫泵抽氣主要依靠低溫冷凝和低溫吸附，氦氣是不易冷凝的氣體，因此低溫泵對氦氣的抽速主要依靠低溫吸附。低溫泵通常在低溫表面上粘貼了活性炭等多孔固體吸附劑，易冷凝氣體在低溫表面上凝結的同時，將氦氣等不易冷凝的氣體一起吸附或埋葬抽除。有些低溫泵雖然未粘貼活性炭，可凝性氣體的霜層也有類
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