小型真空探测器动静态真空监测的实现

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国工程物理研究院核物理与化学研究所 作者:蔡易平

  为解决小型真空探测器体积小、内部空间有限、常规真空监测装置无法安装在探测器上进行直接测量的问题,设计一种外置动静态真空测试系统,并建立外置测试系统测量数据与小型真空探测器腔体内真空度的可靠关系。测试实例验证表明:本工作建立的外置动静态真空测试系统,按设计方式推算的探测器动静态真空度值与实际测量值的差异不到10%,可以较好地实现小型真空探测器的动态真空测试和静态真空监测。

  部分小型真空探测器使用时真空腔体为静态真空,静态真空的真空度是探测器使用中必须确切知道的一项重要真空参数指标。为获得较好的静态真空,必须对真空腔体除气,以使真空腔体达到或接近相应条件下的动态极限高真空。对于测试真空容器在真空获取过程中的动态真空度,以及静态真空保持中的静态真空度,一般是在容器腔体上安装(或在容器内悬挂)普通的真空规测试真空,这种安装设计方式用于大体积(容积大于10L)的真空容器的真空检测(监测)时,由于测试装置本身所占用的体积(约80mL)相对较小,测试装置对容器结构影响不大,测试结果能较准确地反映容器的动静态真空;但对于小型真空容器(容积低于1L的真空容器),由于真空规所占位置相对较大,这种方式就明显不实用,且测试中由于真空规的发热等因素导致测试误差增大(大容器中真空规发热对真空测试结果的影响相对较小,几乎可忽略不计);而现有的微型真空检测器件虽然体积小,可用于部分小型真空容器的真空检测,但其真空测量范围仅限于测试低真空,很难满足探测器动态极限真空获取过程中的高真空测试需要。

  对国内外真空测试和监测研究相关文献进行查询,亦难以找到有关于小型真空腔体的动态高真空测试和静态真空监测综合实现的相关内容。本工作针对小型真空探测器本身体积小、内部空间有限、且需对真空腔体的动态高真空和静态真空变化进行测试/监测的工程需求,设计外置动静态真空检测(监测)系统,在探测器的除气端口安装阀门,通过阀门控制,使探测器真空腔体的真空度与外置真空检测系统的真空度构成合乎规律的联系,依据气体流动管路的流导与管路两端的压强变化规律,对小型真空探测器除气过程中的真空测试,建立探测器某一时刻的真空度与真空测试装置位置的真空度关系,以实现小型真空探测器的极限真空获取过程的动态真空检测;依据玻义耳-马略特定律,对小型真空探测器静态真空一段时间后的真空测试,建立探测器腔体内的真空度与由探测器和外置真空测试装置构成的复合腔体的真空度关系,以实现探测器静态真空长时间保持后的静态真空监测。为小型真空探测器应用者评估该类探测器动、静态真空状态提供可靠真空测试数据依据。

  1、实现小型真空探测器动静态真空监测的设计

  1.1、真空获取系统结构设计

  小型真空探测器本身真空腔体体积小,真空腔体上只能安装一只连接抽气管路及封闭真空腔体的真空阀,无法安装真空检测装置检测(监测)动(静)态真空,为此设计真空规三通管,使真空检测装置(真空规)能够安装在真空获取通路上,具体结构为:三通管的两侧安装真空阀,一侧真空阀F1(内阀)连接小型真空探测器,另一侧真空阀F2(外阀)通过真空抽气管路连接分子泵真空机组,三通管中间端口安装真空规,真空规连接真空计,由内阀、三通管、真空规,真空计、外阀一起在小型真空探测器本身真空腔体外构成外置形式的真空测试系统。真空获取设计示意图如图1所示。

小型真空探测器动静态真空监测的实现

图1 小型真空探测器动静态真空获取及检测(监测)系统

  真空检测(监测)的具体方式为:由真空规测试三通管位置的真空度,依据三通管的真空度与探测器的真空度关系,计算确定探测器真空腔体的动静态真空度。

  3、结束语

  通过本工作对小型真空探测器动静态真空监测系统的设计和应用验证研究,可以得出:

  (1)参照本文设计出的外置动静态真空测试系统,可以有效解决小型真空探测器体积小,内部空间有限,常规真空监测装置很难安装在探测器上进行直接测量的问题;

  (2)依据建立的外置测试系统测量数据与小型真空探测器腔体内真空度的关系,可以可靠得到小体积探测器动静态真空度值(与实际测量值差异不到10%);

  (3)本工作的小体积真空检测系统设计思路,对于体积约为0.1~1l的其它小真空腔体的真空监测系统设计和建立有直接参考价值。

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