高真空泵抽速测试装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及真空泵领域，具体涉及一种高真空泵抽速测试装置及其使用方法。

背景技术

高真空泵作为真空系统的抽气工具，在工业生产和科学研究中得到广泛的应用。高真空泵的抽速对系统真空度的获得、真空泵产品的设计具有重要意义。

GB/T 7774-2007《真空技术涡轮分子泵性能参数的测量》、JB_T11081-2011《真空技术制冷机低温泵》、GB_T 25755-2010《真空技术溅射离子泵性能参数的测量》等标准中真空泵抽速测量方法采用了流量法，“赵博文，基于虚拟仪器的分子泵抽速测控软件设计[D]，西北师范大学，2020”和“李杰，F-400/3500分子真空泵性能参数计算及结构设计[D]，合肥工业大学，2012”中真空泵抽速测量方法也均采用了流量法，使用该方法需要对标准真空计进行校准，但是将标准真空计送往实验室校准的过程和使用过程中存在由于暴露大气引起灵敏度发生较大变化的问题。同时，流量法还存在测试结果等效氮气的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种可集成原位置真空计校准功能的高真空泵抽速测试装置及其使用方法，采用对真空计现场集成校准的思路，利用标准流导元件作为校准真空计的标准器，改变了量值溯源的方式，避免了将真空计送往实验室校准的过程及使用过程中由于暴露大气引起的灵敏度发生较大的变化，避免了采用对称结构测试罩耦合标准流导装置中参考端配置由于大抽速真空泵引入的很大成本问题，同时还避免了被检真空泵抽速测试结果等效N

为实现上述本发明的目的：

第一方面，本发明实施例提供一种高真空泵抽速测试装置，包括进气管路以及与所述进气管路相连接的测试管路，以及与所述测试管路相连接的校准管路；所述进气管路包括依次连接的流量系统和第五阀门；所述测试管路包括依次连接的第三阀门、第一测试罩、待测高真空泵和第一前级泵，所述第一测试罩上还连接有第二真空计；所述校准管路包括依次连接的第四阀门、第二测试罩、标准流导元件、抽气机组，所述第二测试罩上还连接有第三真空计；所述第一测试罩通过第一阀门、第二阀门与所述第二测试罩连接，所述第一阀门与所述第二阀门之间连接有第一真空计；所述第一测试罩与所述第二测试罩为结构和尺寸均不相同的真空容器。

根据本发明的一个方面，所述第三阀门、所述第四阀门和所述第五阀门三通连接。

根据本发明的一个方面，所述第一真空计为副标准电离真空计，测量范围为10

根据本发明的一个方面，所述标准流导元件设置为薄壁圆形小孔，直径为11mm，厚度为0.2mm，小孔在双面法兰的中心。

根据本发明的一个方面，所述流量系统可提供的流量范围为：1×10

第二方面，本发明实施例还提供一种利用如上述第一方面任一项所述的高真空泵抽速测试装置的使用方法，包括：

S1，测量所述流量系统引入的气体流量Q

S2，测量所述第一测试罩的本底压力值P

S3，根据所述第一测试罩的本底压力值P

根据本发明的一个方面，所述S1包括：

S11，安装所述待测高真空泵于所述第一测试罩上，连接所述待测高真空泵与所述第一前级泵并对连接接口处进行漏率检测直至满足要求，关闭所述第五阀门，打开所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和所述第四阀门，打开所述第二真空计和所述第三真空计；

S12，打开所述第一前级泵、所述抽气机组的前级泵，对所述第一测试罩、所述第二测试罩进行抽气；

S13，在所述第二真空计、所述第三真空计的指示值均小于10Pa后，打开所述待测高真空泵对所述第一测试罩及测试管路抽真空，打开所述抽气机组的高真空泵，对所述第二测试罩及校准管路抽真空；

S14，在所述第二真空计和所述第三真空计读数均小于5×10

S15，在所述第二测试罩中压力小于1×10

S16，通过所述标准流导元件的小孔厚度d和直径l计算所述标准流导元件的流导值C；

S17，计算所述第一真空计的校准系数A

S18，重复所述S15和所述S17，并调整所述步骤S15中每次引入的气体流量Q

根据本发明的一个方面，所述S2包括：

S21，关闭所述第五阀门、所述第四阀门和所述第二阀门；

S22，打开所述第一阀门，在所述第一测试罩中压力小于1×10

S23，在所述第一测试罩达到极限真空度后，且在所述第一真空计显示值稳定后，记录所述第一真空计显示的压力值为P

根据本发明的一个方面，所述S3包括：

S31，确保所述第一阀门处于开启状态；

S32，打开所述第五阀门，调节所述流量系统的流量，打开所述第三阀门向所述第一测试罩中引入大小为Q

S33，在所述第一真空计显示值稳定后，记录所述第一真空计(G1)显示的压力值为P

S34，计算所述待测高真空泵的抽速值S

S35，重复所述S3，并调整所述S32中每次引入的气体流量Q

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

根据本发明的一个方案，通过将进气管路同时连接测试管路和校准管路，测试管路连接的第一测试罩和校准管路连接的第二测试罩结构及尺寸不一样，根据不同被检真空泵的大小第一测试罩(VC1)有特定的尺寸，特定尺寸的选择依据被检真空泵的相关标准。第二测试罩是长度约为30cm，直径是25cm的柱形真空容器。低温泵抽速小于5000L/s采用流导法，抽速大于5000L/s的低温泵由于接口大，重量重，如果仍采用流导法会使集成流导法的检测装置操作不方便，加工成本高，故抽速大于5000L/s的低温泵采用流量法。当前流量计最大可提供流量为2×10

本发明，通过第一真空计作为测量第一测试罩本底压力值P

采用标准流导元件作为校准真空计的参考标准，用于比较测量获得第一真空计的校准系数，从而获得被检真空泵的抽速，标准流导元件对某种气体的分子流导值是通过公式计算获得，其计算的不确定度不超过1％。

本发明，克服了传统流量法测量抽速等效氮气的不足，将真空计校准功能集成在测试过程中，避免了将真空计送往实验室校准的过程及使用过程中由于暴露大气引起的灵敏度发生较大的变化，避免了采用对称结构测试罩耦合标准流导装置中参考端配置由于大抽速真空泵引入的很大成本问题。基于此提高了测试精度、减小了测量不确定度，降低了测试成本，避免校准真空计和给出等效氮气抽速的结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的高真空泵抽速测试装置的结构连接示意图；

图2为本发明实施例中待测高真空泵的抽速曲线示意图。

附图标记说明：

G1、第一真空计；G2、第二真空计；G3、第三真空计；V1、第一阀门；V2、第二阀门；V3、第三阀门；V4、第四阀门；V5、第五阀门；TMP、待测高真空泵；RP、第一前级泵；pump、流导抽气机组；VC1、第一测试罩；VC2、第二测试罩。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

如图1所示，本发明实施例的一种高真空泵抽速测试装置，包括进气管路以及与进气管路相连接的测试管路，以及与测试管路相连接的校准管路。

进气管路包括依次连接的流量系统Q和第五阀门V5。

测试管路包括依次连接的第三阀门V3、第一测试罩VC1、待测高真空泵TMP和第一前级泵RP，第一测试罩VC1上还连接有第二真空计G2。

校准管路包括依次连接的第四阀门V4、第二测试罩VC2、标准流导元件f、抽气机组pump，第二测试罩VC2上还连接有第三真空计G3。

第一测试罩VC1通过第一阀门V1、第二阀门V2与第二测试罩VC2连接，第一阀门V1与第二阀门V2之间连接有第一真空计G1。

第一测试罩VC1与第二测试罩VC2为结构和尺寸均不相同的真空容器，第二测试罩VC2是长度为30cm，直径为25cm的柱形真空容器。

在本实施例中，通过将进气管路同时连接测试管路和校准管路，测试管路与校准管路相连接，得到了一种集成原位置真空计校准功能的高真空泵抽速测试装置，尤其适用于5000L/s～200000L/s抽速范围的测试，通过第一真空计G1分别测量第一测试罩VC1本底压力值P

将真空计校准功能集成在线测试过程中，用标准流导元件作为参考标准，真空计无需采用特定气体校准，一方面避免了将真空计送往实验室校准的过程及使用过程中由于暴露大气引起的灵敏度发生较大变化的问题，同时只需要获得参考标准流导元件对被检测气体的分子流导值即可，克服了传统测量抽速等效氮气的不足，具有测量结果精度高、装置成本低、测试步骤简单、测试效率高等特点。

如图1所示，在本实施例中，第三阀门V3、第四阀门V4和第五阀门V5三通连接。采用结构不相同的第一测试罩VC1和第二测试罩VC2，第一测试罩VC1用于安装待测高真空泵TMP，第二测试罩VC2用于安装参考标准流导元件f，采用标准流导元件f作为标准真空计校准的参考标准，改变了量值溯源的方式。

优选地，第一真空计G1为副标准电离真空计，测量范围为10

优选地，第二真空计G2和第三真空计G3均为复合型监测真空计，测量范围均为10

优选地，流量系统Q可提供的流量范围为：1×10

优选地，标准流导元件f设置为薄壁圆形小孔，直径为11mm，厚度为0.2mm，小孔在双面法兰的中心。

如图1和图2所示，本发明实施例还提供一种利用如上的高真空泵抽速测试装置的使用方法，包括：

S1，测量流量系统Q引入的气体流量Q

S2，测量第一测试罩VC1的本底压力值P

S3，根据第一测试罩VC1的本底压力值P

在本实施例中，S1具体包括：

S11，安装待测高真空泵TMP于第一测试罩VC1上，连接待测高真空泵TMP与第一前级泵RP并对连接接口处进行漏率检测直至满足要求，例如漏率应小于1×10

S12，打开第一前级泵RP、抽气机组pump的前级泵，对第一测试罩VC1、第二测试罩VC2进行抽气。

S13，在第二真空计G2(如7.9Pa)、第三真空计G3(如8.2Pa)的指示值均小于10Pa后，打开待测高真空泵TMP对第一测试罩VC1及测试管道抽真空，打开抽气机组pump的高真空泵，对第二测试罩VC2及校准管道抽真空。

S14，在第二真空计G2(如2.5×10

S15，在第二测试罩VC2(如8.9×10

S16，通过标准流导元件f的小孔厚度d和直径l计算标准流导元件f的流导值C。

标准流导元件f的中心小孔的厚度d和直径l通过计量获得，其计量结果的合成标准不确定度不超过1％。

小孔流导值C的计算公式如下：

其中，A

在测试罩内气体基本达到热力学平衡，即K

其中，r为小孔流导元件的半径，则小孔流导值C的计算公式可简化为：

S17，计算第一真空计G1的校准系数A

S18，重复S15和S17，并调整所述步骤S15中每次引入的气体流量Q

相关测试数据如表1所示：

表1

在本实施例中，S2具体包括：

S21，关闭第五阀门V5、第四阀门V4和第二阀门V2。

S22，打开第一阀门V1，在第一测试罩VC1中的压力小于1×10

S23，在第一测试罩VC1达到极限真空度(或者抽气12h)后，且在第一真空计G1显示值稳定后，记录第一真空计G1显示的压力值为P

在本实施例中，S3具体包括：

S31，确保第一阀门V1处于开启状态；

S32，打开第五阀门V5，调节流量系统Q的流量，打开第三阀门V3向第一测试罩VC1中引入大小为Q

S33，在第一真空计G1显示值稳定后，记录第一真空计G1显示的压力值(如3.2×10

S34，计算待测高真空泵TMP的抽速值S

S35，重复所述步骤S3，并调整所述步骤S32中每次引入的气体流量Q

相关测试数据如表2所示：

表2

在某一压力点(如5.7×10

表3

按照如下公式计算实验标准偏差：

其中，S为标准偏差，n为测试次数，等于6，

重复测量不确定度为：

测试过程中，流量引入的不确定度为：

u

测试过程中，温度波动引入的不确定度为：

u

高真空泵抽速测量不确定度u

其中，u

高真空泵抽速测量相对扩展不确定度U

U

在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：

S4，待测高真空泵TMP的抽速测试结束后，关闭第一真空计G1、第一阀门V1至第六阀门V5，依次关闭待测高真空泵TMP、第一前级泵RP、流导抽气机组pump、第二真空计G2、第三真空计G3，测试完全结束。

本发明，克服了传统流量法测量抽速等效氮气的不足，将真空计校准功能集成在测试过程中，避免了将真空计送往实验室校准的过程及使用过程中由于暴露大气引起的灵敏度发生较大的变化，避免了采用对称结构测试罩耦合标准流导装置中参考端配置由于大抽速真空泵引入的很大成本问题。基于此提高了测试精度、减小了测量不确定度，降低了测试成本，避免校准真空计和给出等效氮气抽速的结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。