小型真空探測(cè)器動(dòng)靜態(tài)真空監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

2015-07-03 蔡易平中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所

　　為解決小型真空探測(cè)器體積小、內(nèi)部空間有限、常規(guī)真空監(jiān)測(cè)裝置無法安裝在探測(cè)器上進(jìn)行直接測(cè)量的問題，設(shè)計(jì)一種外置動(dòng)靜態(tài)真空測(cè)試系統(tǒng)，并建立外置測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與小型真空探測(cè)器腔體內(nèi)真空度的可靠關(guān)系。測(cè)試實(shí)例驗(yàn)證表明：本工作建立的外置動(dòng)靜態(tài)真空測(cè)試系統(tǒng)，按設(shè)計(jì)方式推算的探測(cè)器動(dòng)靜態(tài)真空度值與實(shí)際測(cè)量值的差異不到10%，可以較好地實(shí)現(xiàn)小型真空探測(cè)器的動(dòng)態(tài)真空測(cè)試和靜態(tài)真空監(jiān)測(cè)。

　　部分小型真空探測(cè)器使用時(shí)真空腔體為靜態(tài)真空，靜態(tài)真空的真空度是探測(cè)器使用中必須確切知道的一項(xiàng)重要真空參數(shù)指標(biāo)。為獲得較好的靜態(tài)真空，必須對(duì)真空腔體除氣，以使真空腔體達(dá)到或接近相應(yīng)條件下的動(dòng)態(tài)極限高真空。對(duì)于測(cè)試真空容器在真空獲取過程中的動(dòng)態(tài)真空度，以及靜態(tài)真空保持中的靜態(tài)真空度，一般是在容器腔體上安裝(或在容器內(nèi)懸掛)普通的真空規(guī)測(cè)試真空，這種安裝設(shè)計(jì)方式用于大體積(容積大于10L)的真空容器的真空檢測(cè)(監(jiān)測(cè))時(shí)，由于測(cè)試裝置本身所占用的體積(約80mL)相對(duì)較小，測(cè)試裝置對(duì)容器結(jié)構(gòu)影響不大，測(cè)試結(jié)果能較準(zhǔn)確地反映容器的動(dòng)靜態(tài)真空；但對(duì)于小型真空容器(容積低于1L的真空容器)，由于真空規(guī)所占位置相對(duì)較大，這種方式就明顯不實(shí)用，且測(cè)試中由于真空規(guī)的發(fā)熱等因素導(dǎo)致測(cè)試誤差增大(大容器中真空規(guī)發(fā)熱對(duì)真空測(cè)試結(jié)果的影響相對(duì)較小，幾乎可忽略不計(jì))；而現(xiàn)有的微型真空檢測(cè)器件雖然體積小，可用于部分小型真空容器的真空檢測(cè)，但其真空測(cè)量范圍僅限于測(cè)試低真空，很難滿足探測(cè)器動(dòng)態(tài)極限真空獲取過程中的高真空測(cè)試需要。

　　對(duì)國內(nèi)外真空測(cè)試和監(jiān)測(cè)研究相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行查詢，亦難以找到有關(guān)于小型真空腔體的動(dòng)態(tài)高真空測(cè)試和靜態(tài)真空監(jiān)測(cè)綜合實(shí)現(xiàn)的相關(guān)內(nèi)容。本工作針對(duì)小型真空探測(cè)器本身體積小、內(nèi)部空間有限、且需對(duì)真空腔體的動(dòng)態(tài)高真空和靜態(tài)真空變化進(jìn)行測(cè)試/監(jiān)測(cè)的工程需求，設(shè)計(jì)外置動(dòng)靜態(tài)真空檢測(cè)(監(jiān)測(cè))系統(tǒng)，在探測(cè)器的除氣端口安裝閥門，通過閥門控制，使探測(cè)器真空腔體的真空度與外置真空檢測(cè)系統(tǒng)的真空度構(gòu)成合乎規(guī)律的聯(lián)系，依據(jù)氣體流動(dòng)管路的流導(dǎo)與管路兩端的壓強(qiáng)變化規(guī)律，對(duì)小型真空探測(cè)器除氣過程中的真空測(cè)試，建立探測(cè)器某一時(shí)刻的真空度與真空測(cè)試裝置位置的真空度關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)小型真空探測(cè)器的極限真空獲取過程的動(dòng)態(tài)真空檢測(cè)；依據(jù)玻義耳-馬略特定律，對(duì)小型真空探測(cè)器靜態(tài)真空一段時(shí)間后的真空測(cè)試，建立探測(cè)器腔體內(nèi)的真空度與由探測(cè)器和外置真空測(cè)試裝置構(gòu)成的復(fù)合腔體的真空度關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)探測(cè)器靜態(tài)真空長時(shí)間保持后的靜態(tài)真空監(jiān)測(cè)。為小型真空探測(cè)器應(yīng)用者評(píng)估該類探測(cè)器動(dòng)、靜態(tài)真空狀態(tài)提供可靠真空測(cè)試數(shù)據(jù)依據(jù)。

　　1、實(shí)現(xiàn)小型真空探測(cè)器動(dòng)靜態(tài)真空監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)

　　1.1、真空獲取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　小型真空探測(cè)器本身真空腔體體積小，真空腔體上只能安裝一只連接抽氣管路及封閉真空腔體的真空閥，無法安裝真空檢測(cè)裝置檢測(cè)(監(jiān)測(cè))動(dòng)(靜)態(tài)真空，為此設(shè)計(jì)真空規(guī)三通管，使真空檢測(cè)裝置(真空規(guī))能夠安裝在真空獲取通路上，具體結(jié)構(gòu)為：三通管的兩側(cè)安裝真空閥，一側(cè)真空閥F1(內(nèi)閥)連接小型真空探測(cè)器，另一側(cè)真空閥F2(外閥)通過真空抽氣管路連接分子泵真空機(jī)組，三通管中間端口安裝真空規(guī)，真空規(guī)連接真空計(jì)，由內(nèi)閥、三通管、真空規(guī)，真空計(jì)、外閥一起在小型真空探測(cè)器本身真空腔體外構(gòu)成外置形式的真空測(cè)試系統(tǒng)。真空獲取設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

小型真空探測(cè)器動(dòng)靜態(tài)真空監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)