冷凝泵的基本原理与制冷过程(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华越微电子有限公司 作者:李小宁

         ① 活塞杆在低温侧状态时,高压侧的阀门打开。那么, 膨胀室(气缸的低温侧)的容积和压力变化, 是从A—B的移动(P—V曲线图)。

         ② 高压侧的阀门仍处于开启状态, 活塞杆向室温侧移动。由室温侧通过蓄冷器的He气被变为低温气体, 向膨胀室移动(B—C的移动)。

        ③ 低压侧的阀门打开,高压侧阀门关闭。膨胀室内的He气在移动过程中, 一边膨胀一边通过蓄冷器。此时, 就产生了冷冻(C—D的移动)。

        ④ 残留的低压He气,在活塞杆的作用下返回到压缩机的低压侧(D—A 的移动)。

       冷凝泵的整个工作过程为: 膨胀、吸热、制冷。压缩机的整个工作过程为: 压缩、放热、冷却。

 

图4 相位图

G-M 循环冷冻机的相位关系

         所谓相位关系, 就是指阀门开启时间与活塞连杆运动之间的相位关系(运动轨迹为正弦曲线)。

        1、低压阀闭合, 高压阀处于闭合/开启临界位置。

       2、低压阀闭合, 高压阀开启最大, 活塞连杆处于顶部死区(最长距离)。

       3、低压阀处于闭合/开启临界位置, 高压阀处于开启/闭合临界位置, 活塞连杆处于底部死区(最短距离)。

      4、低压阀开启最大,高压阀闭合。

      5、低压阀处于开启/闭合临界位置, 高压阀闭合。

低温环境的形成

① 低温凝缩(冷凝)

   冷凝温度    气体种类

   80K       水等

   20K     N2、O2、Ar、CO2 等

         如蒸汽压曲线所示(略) , 除He、H2、Ne以外的所有气体, 由于其饱和蒸汽压低, 故会被液化, 冷冻在一、二级冷头上。通过对再生, 借助前级泵而排出泵体。

② 低温吸附

         由于He、H2、Ne10K时, 饱和蒸汽压也很高。而在冷凝泵可能达到的温度10~20K时, 亦不能被液化冷冻, 只有依靠活性碳的吸附作用来加以吸附, 而达到排气的目的。

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