一种用于吸附剂泵性能测试的真空装置及方法

技术领域

本发明属于真空测量技术领域，具体涉及一种用于吸附剂泵性能测试的真空装置及方法。

背景技术

非蒸散型吸附剂泵(NEG)发展于1970s，是采用过渡族金属材料的吸气特性制作成的真空泵，用于超高/极高真空环境的获得及气体的纯化等方面，同时，该吸附剂泵对氢及其同位素抽速大，吸附容量高，并且结构简单，安装灵活，采用电源供电为其提供工作温度，日常维护简单，在聚变领域获得了广泛的尝试应用，日本LHD偏滤器区域安装42个基于ZAO合金材料的模块，瑞士的TCV同样将该泵用于测试粒子排出。

然而吸附剂泵在常温下即可工作，对C、N、O等也具有抽速，真空度的好坏影响其抽速，在实际使用过程中无法对其进行抽速及性能的有效标定，难以标准化，同时未有对其进行涂层处理后的性能研究。亟需一种用于测试吸附剂泵性能的真空装置，可以对吸附剂泵进行抽速定量标定，能够有效解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供一种用于吸附剂泵性能测试的真空装置及方法，用于测试吸附剂泵性能。真空抽气机组能够快速抽真空至10

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

真空抽气系统、真空供气系统、真空测量系统、辅助加热系统

真空抽气系统中的主真空室抽气机组由涡轮分子泵与前级泵构成；真空供气系统由小型储气罐与标准储气瓶通过真空管道与主真空室连接，用于实验过程中供气，以测量抽速变化；真空测量系统由各类型规管及残余气体分析仪构成，能够测量出真空室与储气罐气体压力，分析与检测主真空室残余气体成分与状态，实时测量充气速率；辅助加热系统由电源及其控制系统构成，用于维持吸附剂泵工作所需温度，加热坩埚进行涂层处理及初始阶段壁处理。

其特征在于：采用本申请的真空装置，真空抽气机组能够快速抽真空至10

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于吸附剂泵性能测试的真空装置，包括真空抽气系统、真空供气系统、真空测量系统和辅助加热系统；

所述真空抽气系统中的抽气机组由涡轮分子泵与前级泵(通常为旋片泵、涡旋泵等)构成，由插板阀与主真空室连通，排空泵通过真空管道与第二小型储气罐连通；所述真空供气系统由第一、第二小型储气罐与标准储气瓶通过真空管道与主真空室连接，用于实验过程中供气；所述真空测量系统由第一规管、第二规管、残余气体分析仪、第一压差传感器、第二压差传感器构成，能够测量出主真空室与储气罐气体压力，分析与检测主真空室残余气体成分与状态，实时测量充气速率；所述辅助加热系统由电源及其控制系统构成，分别为吸附剂泵电源、坩埚电源、壁真空腔烘烤电源及其控制系统，用于维持吸附剂泵工作所需温度，加热坩埚进行涂层处理及初始阶段进行壁处理。

进一步地，由涡轮分子泵和前级泵组成的抽气泵组能够将体系中的真空度快速抽到10

进一步地，所述残余气体分析仪对主真空室的气体成分及其分压实时监测，了解真空室实时真空状态。

进一步地，所述第一、第二压差传感器通过真空管道和手动阀门准确测量出第一、第二储气罐间的压差。

进一步地，包括第一阀门和第二阀门，由上位机通过串行通讯协议控制，在实验过程中给第一、第二小型储气罐补气。

进一步地，所述排空泵通过真空管道与第二小型储气罐连通，用于储气罐受到污染时对其进行排空，以保证实验过程中工作气体纯度，同时用于置换气体，以提供多种工作气体。

进一步地，所述充气阀由上位机控制软件控制阀门开度，以预设值向主真空室充入标定气体(通常为氢气或氘气等)，并将数据记录于上位机。

进一步地，所述吸附剂泵电源，满足吸附剂泵从最佳工作状态到再生状态所需的电流范围；所述壁真空腔烘烤电源，用于烘烤真空室壁放气；所述坩埚电源，用于对真空室内吸附剂泵进行锂或硼等材料的涂层处理。

进一步地，测温部件附着于吸附剂泵与坩埚，实时测量吸附剂泵及坩埚温度。

本发明提供一种用于吸附剂泵性能测试的真空装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤1：启动前级泵、涡轮分子泵，打开插板阀，将主真空室真空度维持到10

步骤2：打开残余气体分析仪监测主真空室气体成分；

步骤3：打开电源控制系统，对吸附剂泵供电，使之温度上升至设定温度并维持(根据标定需求，通常在室温至200度范围内)，并维持，此后关闭涡轮分子泵上方的插板阀；

步骤4：控制充气阀开度，向主真空室充入工作气体，使其维持在某一气压一定时间，根据第二压差传感器及第二储气罐上方的第一规管变化量，计算充气速率及充气充入量，即完成吸附剂泵于此气压下的抽速标定；

步骤5：利用第一阀门对第一小型储气罐、第二阀门对第二小型储气罐适时进行补气，以保证气量充足，重复多次步骤4以标定不同气压下抽速；

步骤6：实验结束后，打开插板阀，维持真空。

本发明还提供用于吸附剂泵性能测试的真空装置的另外一种测试方法，进行涂层处理后的抽速标定实验，包括如下步骤：

步骤1：将装有锂或硼等材料的坩埚放入主真空室，启动前级泵、涡轮分子泵，打开插板阀，将主真空室真空度维持到10-6Pa量级；

步骤2：关闭插板阀，控制坩埚电源对坩埚进行加热，坩埚内涂层材料蒸发并附着于吸附剂泵上，涂层处理完成；

步骤3：打开插板阀，关闭坩埚电源，打开吸附剂泵电源使之温度上升至200℃，并维持，此后关闭涡轮分子泵上方的插板阀；

步骤4：控制充气阀开度，向主真空室充入工作气体，使其维持在某一气压一定时间，根据第二压差传感器及第二储气罐上方的第二规管的变化量，计算充入量，即完成吸附剂泵于涂层处理后此气压的抽速标定；

步骤5：利用第一阀门对第一小型储气罐、第二阀门对第二小型储气罐适时进行补气，以保证气量充足，重复多次步骤4以标定不同气压下抽速；

步骤6：实验结束后，打开插板阀，维持真空。本发明的有益效果为：

1、本发明可用于吸附剂泵于不同工作温度、不同饱和容量及高气压下对抽速性能的影响，完善了性能测试标准；

2、本发明可用于研究不同表面涂层处理后对吸附剂泵性能的影响；

3、本发明设置排空阀，能将小型储气罐排空置换气体，可以将多种气体作为工作气体而相互之间不会存在污染的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的用于吸附剂泵性能测试的真空装置的结构框图；

图中：1-工作气体罐、2-第一阀门、3-第一压差传感器、4-第一小型储气罐、5-第二压差传感器、6-第二阀门、7-第一规管、8-第二小型储气罐、9-手动阀、10-排空泵、11-充气阀、12-残余气体分析仪、13-第二规管、14-坩埚、15-插板阀、16-涡轮分子泵、17-前级泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明的用于吸附剂泵性能测试的真空装置包括真空抽气系统、真空供气系统、真空测量系统和辅助加热系统；具体包括工作气体罐1、第一阀门2、第二阀门6、第一压差传感器3、第二压差传感器5、第一规管7、第二规管13、第一小型储气罐4、第二小型储气罐8、手动阀9、排空泵10、充气阀11、残余气体分析仪12、坩埚14、插板阀15、涡轮分子泵16、前级泵17。

所述真空抽气系统中的抽气机组由涡轮分子泵16与前级泵17构成，由插板阀15与主真空室连通，排空泵通过真空管道与第二小型储气罐8连通；所述真空供气系统由第一小型储气罐与标准储气瓶通过真空管道与主真空室连接，用于实验过程中供气；所述真空测量系统由第一规管、第二规管、残余气体分析仪、第一压差传感器、第二压差传感器构成，能够测量出主真空室与储气罐气体压力，分析与检测主真空室残余气体成分与状态，实时测量充气速率；所述辅助加热系统由电源及其控制系统构成，分别为吸附剂泵电源、坩埚电源、壁真空腔烘烤电源及其控制，其用于维持吸附剂泵工作所需温度，加热坩埚进行涂层处理及初始阶段进行壁处理。

本实施例中，工作气体罐1为装置提供工作气体，通过第一阀门2为第一小型储气罐4补气，第一小型储气罐4通过第二阀门6为第二小型储气罐8补气，第二小型储气罐8通过手动阀9与排空泵10相连，用于气体受到污染时或改变工作气体时置换罐内气体，同时通过充气阀11与主真空室连通，用于实验过程中供气。

本实施例中，主真空室的真空抽气系统的抽气机组由涡轮分子泵16与前级的前级泵17构成，可将主真空抽至10

本实施例中，充气阀11通过控制阀门开度，以预设值向主真空室充入工作气体，在吸附剂泵工作时可将气压维持在某一数值，改变预设值通过计算即可实现不同气压下吸附剂泵的抽速标定。

本实施例中，第一压差传感器3通过真空管道将工作气体罐1与第一小型储气罐4相连通，实验过程中实时监测压差数据，第二压差传感器5通过真空管道将第一小型储气罐4与第二小型储气罐8相连通，用于实验过程中记录压差数据以计算工作气体充入量；

本实施例中，残余气体分析仪12、第二规管13通过真空管道与主真空室连通，坩埚14悬挂于主真空室内部，插板阀15连接主真空室室与抽气机组，涡轮分子泵16与前级泵17通过支架固定于主真空室室壁，NEG为测试用吸附剂泵；

本发明的测试方法包括如下步骤：

步骤1：启动前级泵17、涡轮分子泵16，打开插板阀15，将主真空室的真空度维持到10

步骤2：打开残余气体分析仪12监测主真空室气体成分；

步骤3：打开电源控制系统，对吸附剂泵供电，使之温度上升至设定温度并维持(根据标定需求，通常在室温至200度范围内)，并维持，此后关闭涡轮分子泵上方的插板阀15；

步骤4：控制充气阀11开度，向主真空室充入工作气体，使其维持在某一气压一定时间，根据第二压差传感器5及第二小型储气罐8上方的第一规管7的变化量，计算充入量，即可完成吸附剂泵于此气压下的抽速标定；

步骤5：利用第一阀门2、第二阀门6对第一小型储气罐4、第二小型储气罐8适时进行补气，以保证气量充足，重复多次步骤4以标定不同气压下抽速；

步骤6：实验结束后，打开插板阀15，维持真空即可。

进一步地，进行涂层处理后的抽速标定实验，包括如下步骤：

步骤1：将装有、硼等材料的坩埚放入主真空室，启动前级泵、涡轮分子泵，打开插板阀，将主真空室真空度维持到10-6Pa量级；

步骤2：关闭插板阀，控制坩埚电源对坩埚进行加热，坩埚内涂层材料蒸发并附着于吸附剂泵上，涂层处理完成；

步骤3：打开插板阀，关闭坩埚电源，打开吸附剂泵电源使之温度上升至200℃，并维持，此后关闭涡轮分子泵上方的插板阀；

步骤4：控制充气阀开度，向主真空室充入工作气体，使其维持在某一气压一定时间，根据第二压差传感器及第二储气罐上方的第二规管的变化量，计算充入量，即完成吸附剂泵于涂层处理后此气压的抽速标定；

步骤5：利用第一阀门对第一小型储气罐、第二阀门对第二小型储气罐适时进行补气，以保证气量充足，重复多次步骤4以标定不同气压下抽速；

步骤6：实验结束后，打开插板阀，维持真空。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。