分子增壓泵的極限壓強、返油率及抽速測試

2008-11-16 蒙峻中國科學院近代物理研究所

分子增壓泵極限壓強測試罩按照標準尺寸設計, 用304不銹鋼焊接而成, 直徑為200 mm, 高為300 mm。測試室經超高真空清洗后, 放入高真空除氣爐中950°C 除氣1 h , 使材料內部H2含量降低2個數量級以上, 從而有效地減小測試系統的本底氣載。測試罩直接與分子增壓( MBP200) 相連, 前級泵采用LEYBOLD 公司TRIVAC 30C 直聯式旋片泵, 抽速為8 L/s , 與分子增壓泵之間用隔膜閥連接。真空度測量采用IM520 真空計, 配用IE514 分離規( 測量范圍2×10- 10~1×10- 2 Pa )。分壓力測量裝置采用德國PFEIFFER 公司生產的QMA200 四極質譜計( 最小可檢分壓為10- 12 Pa) 。測量元件安裝在1/2D,即距離下法蘭100 mm 的位置。

用標準極限壓強測試罩( 圖1 ) 對DN200( MBP , 名義抽速800 L/s ) 的分子增壓泵進行測試。烘烤系統由均勻包裹在真空測試室的整體式烘烤套和計算機控制烘烤裝置組成。以0 . 5℃ /min 的速率將測試罩升溫到150 ℃ , 保溫24 h 。以停止烘烤24 h 后測得的真空度作為系統極限真空度, 得到P = 5 ×10- 6 Pa 。

1. 分子/ 增壓泵( MBP 200) 2.IE514 分離規3. 極限壓強測試罩4.QMA200 四極質譜5. 隔斷閥6. 二極旋片直聯機械泵( 8 L/s)

圖1 分子增壓泵極限壓強測試系統

圖2 是系統烘烤后的殘余氣體分析掃描譜圖。

從譜圖中可以看到, 質量數40 以后的峰在10- 11 A 的離子流范圍內幾乎看不到, 說明系統很干凈, 沒有大質量數的油蒸氣污染。

分子增壓泵抽速測試采用滴管流量計法如圖3進行測試, 壓力范圍從100 Pa 到10- 2 Pa。

1. 分子/ 增壓泵( MBP 200) 2. 冷陰極電離規3. 抽速測試罩4. 滴管式流量計5. 微調送氣閥6. 隔斷閥7. 皮拉尼規8. 二極旋片直聯機械泵( 8 L/s) 9. 閥門

圖3 滴管流量計法抽速測試實驗示意圖

具體測量步驟是: 打開閥門9, 調節針閥5使測試氣體進入測試罩中, 待測試罩內壓力穩定后, 由真空計讀出該壓力值為P, 然后關閉閥門,同時由秒表讀出倒置在油杯內的滴管中油柱上升高度h 和所需要時間t , 由公式

S= Kh/pt

求得不同壓力下的泵抽速( 式中K 為滴管常數) 。圖4 為測得的N2 和He 的抽速曲線。在泵口壓強小于1 Pa 時, 氮氣的抽速約為氦氣抽速的1.4 倍; 而泵口壓強從1 Pa 到10 Pa 之間時, 二者的抽速之差隨泵口壓強的增加而減小。10 Pa 以上兩種氣體的抽速幾乎相等。以上測試的是分子增壓泵工作頻率在400 Hz 的時候, 對不同氣體的抽速。而分子增壓泵工作頻率可以設置為400 Hz、300 Hz、250 Hz。我們對分子增壓泵在不同工作頻率下對空氣的抽速進行了測試。