低溫泵抽氣系統(tǒng)

    低溫抽氣是目前獲得潔凈真空環(huán)境的一種快捷而有效的方法。隨著雙級(jí)高可靠性小型制冷機(jī)的日臻完善，制冷機(jī)低溫泵得到迅速發(fā)展，已成為獲得潔凈、無(wú)污染、抽速大、工作壓力范圍寬、抽氣效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，能長(zhǎng)期工作及可任意方向安裝的真空獲得設(shè)備。     下圖給出典型的氣氦制冷機(jī)低溫抽氣系統(tǒng)的示意圖。該抽氣系統(tǒng)不需要前級(jí)泵，僅需要在粗抽過(guò)程中開動(dòng)機(jī)械泵進(jìn)行預(yù)抽。它不需要用液氮冷阱來(lái)防止低溫泵的返流，但可在真空室內(nèi)安裝冷阱、水冷障板或室溫障板來(lái)屏蔽工作過(guò)程中的熱載荷，但是這些障板也會(huì)降低系統(tǒng)的總抽速。低溫泵可以用氫蒸氣壓規(guī)來(lái)監(jiān)測(cè)第二級(jí)冷陣的溫度。    

1.壓力安全閥2.高真空閥3.真空室放氣閥4.電離規(guī)5.熱傳導(dǎo)規(guī)6.粗抽閥7.機(jī)械泵放氣閥8.機(jī)械泵9.低溫泵預(yù)抽閥10.低溫泵沖洗氣體閥

        氦氣制冷機(jī)低溫泵真空機(jī)組

        低溫泵的抽速大，通常用在不能高溫烘烤除氣的真空系統(tǒng)。從抽氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，低溫泵系統(tǒng)類似于離子泵系統(tǒng)。為了無(wú)污染粗抽真空，還可以配接吸附泵。但是這種結(jié)合并不適用于抽除大量的惰性氣體，例如氬氣。而且雖然低溫板易抽氣，但當(dāng)?shù)蜏乇眯枰偕鷷r(shí)，會(huì)給吸附泵造成困難。由于前級(jí)泵只在起始抽氣期間使用，所以污染極少，如果使前級(jí)泵工作在粘滯流范圍，即用機(jī)械泵粗抽到200Pa，然后再用吸附泵接力抽到1Pa，可進(jìn)一步減少污染。但是除了額外氣體負(fù)載外，低溫泵在200Pa下開始冷卻時(shí)會(huì)導(dǎo)致可凝結(jié)性氣體，例如CO2和水汽，凝結(jié)在低溫板上而不是周圍屏蔽板上。在低溫板上涂覆適量活性碳可有效地降低這種凝結(jié)效應(yīng)。因?yàn)榈蜏乇脤?duì)氫氣的抽速很小，所以低溫泵抽氫氣時(shí)應(yīng)與鈦升華泵結(jié)合。低溫泵也可以和其它的超高真空泵，例如離子泵或渦輪分子泵進(jìn)行組合。

    低溫泵真空系統(tǒng)的操作

    低溫泵抽氣系統(tǒng)不需要前級(jí)泵，僅需要粗抽泵，低溫抽氣的真空室在到達(dá)切換壓力之前是用粗抽泵進(jìn)行抽氣的。當(dāng)達(dá)到切換壓力后關(guān)掉粗抽閥并打開高真空閥。真空室可在安全的壓力范圍內(nèi)地被轉(zhuǎn)換上低溫泵抽氣。如果用機(jī)械泵粗抽，則真空室切換到低溫泵抽氣轉(zhuǎn)換所允許的zui低壓力是由防止機(jī)械泵返油的要求決定的。對(duì)直徑為4到6cm的粗抽管道來(lái)說(shuō)，zui低壓力約為10到20Pa。對(duì)直徑非常大的粗抽管道來(lái)說(shuō)，其切換的zui低壓力值更低；但其數(shù)值要大于克努曾數(shù)為0.01時(shí)的壓力值。zui高切換壓力取決于低溫抽氣表面的幾何形狀和制冷機(jī)的制冷量。泵的低溫抽氣表面應(yīng)具有相當(dāng)大的熱容量，它們能接納“突發(fā)”的氣體而不產(chǎn)生不可逆升溫。在一次氣體突發(fā)中導(dǎo)入低溫泵中的zui大氣體量Qi的允許數(shù)值可由低溫泵的制造廠家得到，當(dāng)打開高真空閥時(shí)瞬間導(dǎo)入的氣體量可由Qi＝PcV求出，由此可見，zui大切換壓力為

    式中Pc———切換壓力，Pa

    V———真空室容積，m3

    Qi———某一瞬時(shí)突發(fā)進(jìn)入低溫泵內(nèi)的zui大氣體量（例如打開高真空閥時(shí)瞬間導(dǎo)入的氣體量）；V為真空室容積。

    對(duì)典型的小型制冷機(jī)低溫泵，由粗抽轉(zhuǎn)換到低溫泵抽氣的切換壓力范圍為

    假如由（4）式求得的值低到在切換前就會(huì)有機(jī)械泵油返流現(xiàn)象的話，那就說(shuō)明相對(duì)于真空室容積尺寸來(lái)說(shuō)低溫泵的抽速太小了。

    由（4）式求得的低溫泵的切換壓力要比擴(kuò)散泵的高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如果突發(fā)產(chǎn)生的氣體很多，則在粘滯流或過(guò)渡流時(shí)，突發(fā)氣體中的水蒸氣就會(huì)到達(dá)吸附劑處，覆蓋在吸附劑上或使之飽和，從而防礙了對(duì)氫氣和氦氣的抽除。在大部分低溫抽氣系統(tǒng)中，切換壓力接近100Pa。為了盡量減少油的返流，是采用盡可能高的并避免吸附劑出現(xiàn)飽和現(xiàn)象的切換壓力。