分子增压泵的极限压强、返油率及抽速测试

2008-11-16 蒙峻中国科学院近代物理研究所

分子增压泵极限压强测试罩按照标准尺寸设计, 用304不锈钢焊接而成, 直径为200 mm, 高为300 mm。测试室经超高真空清洗后, 放入高真空除气炉中950°C 除气1 h , 使材料内部H2含量降低2个数量级以上, 从而有效地减小测试系统的本底气载。测试罩直接与分子增压( MBP200) 相连, 前级泵采用LEYBOLD 公司TRIVAC 30C 直联式旋片泵, 抽速为8 L/s , 与分子增压泵之间用隔膜阀连接。真空度测量采用IM520 真空计, 配用IE514 分离规( 测量范围2×10- 10~1×10- 2 Pa )。分压力测量装置采用德国PFEIFFER 公司生产的QMA200 四极质谱计( 最小可检分压为10- 12 Pa) 。测量元件安装在1/2D,即距离下法兰100 mm 的位置。

用标准极限压强测试罩( 图1 ) 对DN200( MBP , 名义抽速800 L/s ) 的分子增压泵进行测试。烘烤系统由均匀包裹在真空测试室的整体式烘烤套和计算机控制烘烤装置组成。以0 . 5℃ /min 的速率将测试罩升温到150 ℃ , 保温24 h 。以停止烘烤24 h 后测得的真空度作为系统极限真空度, 得到P = 5 ×10- 6 Pa 。

1. 分子/ 增压泵( MBP 200) 2.IE514 分离规3. 极限压强测试罩4.QMA200 四极质谱5. 隔断阀6. 二极旋片直联机械泵( 8 L/s)

图1 分子增压泵极限压强测试系统

图2 是系统烘烤后的残余气体分析扫描谱图。

从谱图中可以看到, 质量数40 以后的峰在10- 11 A 的离子流范围内几乎看不到, 说明系统很干净, 没有大质量数的油蒸气污染。

分子增压泵抽速测试采用滴管流量计法如图3进行测试, 压力范围从100 Pa 到10- 2 Pa。

1. 分子/ 增压泵( MBP 200) 2. 冷阴极电离规3. 抽速测试罩4. 滴管式流量计5. 微调送气阀6. 隔断阀7. 皮拉尼规8. 二极旋片直联机械泵( 8 L/s) 9. 阀门

图3 滴管流量计法抽速测试实验示意图

具体测量步骤是: 打开阀门9, 调节针阀5使测试气体进入测试罩中, 待测试罩内压力稳定后, 由真空计读出该压力值为P, 然后关闭阀门,同时由秒表读出倒置在油杯内的滴管中油柱上升高度h 和所需要时间t , 由公式

S= Kh/pt

求得不同压力下的泵抽速( 式中K 为滴管常数) 。图4 为测得的N2 和He 的抽速曲线。在泵口压强小于1 Pa 时, 氮气的抽速约为氦气抽速的1.4 倍; 而泵口压强从1 Pa 到10 Pa 之间时, 二者的抽速之差随泵口压强的增加而减小。10 Pa 以上两种气体的抽速几乎相等。以上测试的是分子增压泵工作频率在400 Hz 的时候, 对不同气体的抽速。而分子增压泵工作频率可以设置为400 Hz、300 Hz、250 Hz。我们对分子增压泵在不同工作频率下对空气的抽速进行了测试。