| 以低温泵为主泵的真空检漏系统研究 |
| 信息来源：【安坤科技】 加入时间：【2013/8/30】 点击次数：【2400】 【双击滚动窗口】 |
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摘要：由于分子泵对氦气有较大抽速，因此在真空检漏系统中通常用分子泵作为主泵，但当检漏容器很大时需要大量分子泵。低温泵具有清洁无油、抽速大的优点，如果在检漏系统中能够采用低温泵作为主泵，可以大大减少真空泵数量。本文对以低温泵为主泵的真空检漏系统进行了实验研究，并对实验现象进行了分析。研究结果表明，低温泵可以有效提高检漏系统的工作真空度，对检漏系统的有效灵敏度影响很小，但以低温泵为主泵的检漏系统的反应时间比以分子泵为主泵的检漏系统反应时间长。
为了提高卫星总漏率测试灵敏度，需要将卫星放入专用的大型检漏容器中采用真空质谱检漏方法进行检漏。由于低温泵具有清洁无油、抽速大的优点，大型真空容器的抽气系统通常采用低温泵作为主泵，但低温泵对氦气的抽速小，故在检漏系统中通常使用对氦气抽速较大的分子泵作为主泵。低温泵对空气抽速大，如果在卫星检漏系统中采用低温泵作主泵，可以减少泵的数量，节约投资，本文对以低温泵为主泵的漏系统进行了研究。
实验研究利用KFTA空间环境模拟设备进行了以低温泵为主泵的真空检漏系统实验研究。KFTA设备主要用于卫星部组件热真空实验，容器尺寸为Ф1400mm×3000mm，真空系统主泵为Ф500低温泵，其对氮气的名义抽速为10500L/s，配有一台Ф200复合分子泵，其对氮气的名义抽速为1200L/s，两台抽速为30L/s的干泵作为粗抽泵，同时作为分子泵的前级泵，氦泵和分子泵之间的管路上。KFTA设备的原理如图1所示系统灵敏度的校准利用标准漏孔，分别在分子泵单独抽气和低温泵与分子泵共同抽气两种工况下标定系统有效灵敏度。在两种工况下，系统抽到稳定的真空度后气体载荷很小，用检漏仪作为分子泵前级完全可以保证分子泵正常运行，因此在标定系统灵敏度过程中关闭两个干泵入口阀门。用低温泵与分子泵共同抽气，容器达到的真空度为2.6×10-3Pa，此时检漏仪输出的本底信号为1.0×10-9Pa·m3/s，关闭Ф500阀门保持Ф200阀门开启，容器的真空度变为9.7×10-3Pa·m3/s，检漏仪输出的本底信号为9.1×10-10Pa·m3/s。实验说明低温泵的引入可以有效提高容器的真空度，但对本底信号几乎没有影响，即低温泵对氦气的分流作用很小。检漏系统的有效灵敏度可按下式计算[1]Qemin=InI-I0Q0（1）式中Qemin———系统有效检漏灵敏度，Pa·m3/sIn———本底噪声I———标准漏孔的反应值I0———本底信号Q0———标准漏孔标称值，Pa·m3/s分子泵单独抽气和低温泵与分子泵共同抽气两种工况下分别采用两个标准漏孔进行标定实验，实验数据如表1和表2所示。表1分子泵低温泵共同抽气数据实验结果表明，引入低温泵后，容器真空度有显著提高，但低温泵对容器本底几乎没有影响，低温泵对系统的有实验结果表明，引入低温泵后，容器真空度有显著提高，但低温泵对容器本底几乎没有影响，低温泵对系统的有效检漏灵敏度几乎没有影响。1.2反应时间和清除时间由于卫星检漏是单件生产，对检漏准确度要求高，对检漏效率要求并不很高，因此本文中反应时间和清除时间均指检漏仪达到稳定输出值所需要的时间。在两种工况下的漏率标定实验中，从打开漏孔阀门到检漏仪输出值稳定的时间如表3所示，实验数据表明，采用分子泵与低温泵共同抽气的反应时间较长。表3反应时间数效检漏灵敏度几乎没有影响。1.2反应时间和清除时间由于卫星检漏是单件生产，对检漏准确度要求高，对检漏效采用分子泵单独抽气时，关闭漏孔后，检漏仪输出值在3min内可以恢复到本底值。采用低温泵分子泵共同抽气时，系统很难恢复本底，例如，用标称漏率为2.7×10-7Pa·m3/s的标准漏孔标定系统时，开漏孔前本底值为1.0×10-9Pa·m3/s，开漏孔后检漏仪的稳定输出值为1.8×10-7Pa·m3/s，关闭漏孔后，经过1h本底只能恢复到1.1×10-8Pa·m3/s，此时关闭Ф500阀门，本底在3min恢复到1.0×10-9Pa·m3/s，再次打开Ф500阀门，本底值又快速上升到1.0×10-8Pa·m3/s。两种工况下本底恢复曲线如图2所示，图中t1时刻关闭标准漏孔，检漏仪开始恢复本底，t2时刻关闭Ф500阀。实验现象分析2.1低温泵对氦气的分流作用本文所有漏率标定实验均是在两台干泵不抽气的条件下进行的，因此分子泵的前级没有其它泵与检漏仪分流，两种工况下的检漏灵敏度分别由式2和式3表示Qemin=Qmin（2）Qemin’=STHeSTHe+SCHeQmin（3）式中Qemin———分子泵单独抽气时系统有效灵敏度，Pa·m3/sQmin———为检漏仪的灵敏度，Pa·m3/sQemin’———分子泵与低温泵共同抽气时有效检漏灵敏度，Pa·m3/s；STHe———分子泵对氦气的有效抽速，L/sSCHe———低温泵对氦气的有效抽速，L/s用式2除以式3得QminQmin1=STHe+SCHeSTHe（4）由表1和表2的数据可知，在分子泵单独抽气和分子泵与低温泵共同抽气两种工况下有效灵敏度都在1.2×10-10Pa·m3/s~1.5×10-10Pa·m3/s范围内，可以认为在两种工况下的有效灵敏度是相等的，其相互之间的差值为随机误差。故可得QminQmin1≈1（5）根据式4和式5可知，检漏过程中低温泵对氦气的有效抽速与分子泵对氦气的有效抽速相比很小，几乎可以忽略不计，即低温泵对氦气的分流可以忽略不计。2.2低温泵对反应时间和恢复时间的影响低温泵抽气主要依靠低温冷凝和低温吸附，氦气是不易冷凝的气体，因此低温泵对氦气的抽速主要依靠低温吸附。低温泵通常在低温表面上粘贴了活性炭等多孔固体吸附剂，易冷凝气体在低温表面上凝结的同时，将氦气等不易冷凝的气体一起吸附或埋葬抽除。有些低温泵虽然未粘贴活性炭，可凝性气体的霜层也有类
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