1、0真空技术基础培训真空技术基础培训1真空历史知识水水水银水银 1 std. atm = 14.69 psia = 760 1 std. atm = 14.69 psia = 760 Torr =10.3mTorr =10.3m水柱水柱10.310.3米米3030英寸英寸760760mmmm2什么是真空?压强是衡量真空的标准 压强是指作用在单位面积上的力压强是指作用在单位面积上的力p = F/Ap = F/A1 1mbar = 100 Pambar = 100 Pa1 Torr = 133 1 Torr = 133 PaPa我们所讲的真空是指压力低于一个大气压的空间气体被抽走后的空间1 1 Pa
2、 =Pa =1 1 N Nm m2 2 3压力等价压力等价1 1标准大气压标准大气压 = =0 014.714.729.929.9760760760760760,000760,000101,325101,3251.0131.01310131013表压力表压力 ( (psig)psig)磅磅/ /平方英寸平方英寸 (psia) (psia)英寸水银柱英寸水银柱毫米水银柱毫米水银柱TorrTorr微米水银柱微米水银柱PaPabarbarmbarmbar4物质的四种状态原子间相对固定晶格状运动能力低固体固体分子间束缚较弱分子间没有固定位置距离仍然较近液体液体分子间距离较大分子间互相碰撞机会较少气体气
3、体等离子等离子“离化” 气体是指至少一个电子能自由运动不受原子或分子束缚。 具有星云状中性气体外形或放射离子束。5物质状态 固体固体 液体液体 气体气体 等离子体等离子体6真空的应用低分子密度低分子密度 避免大气作用避免大气作用 灯灯 熔接熔接烧结烧结包装包装检漏检漏避免阻塞或避免阻塞或 干燥干燥驱散气体驱散气体 除气除气 注入注入减少能量转移减少能量转移 隔热隔热 绝缘绝缘空间模拟空间模拟条件条件 应用应用7气体气体 符号符号 体积百分比体积百分比 PPMPPM氮气氮气 N N2 2 78.0878.08 780800780800氧气氧气 O O2 2 20.9520.95 20950020
4、9500氩气氩气 ArAr 0.930.93 93009300二氧化碳二氧化碳 COCO2 2 0.030.03 300300氖气氖气 NeNe 0.00180.0018 1 1氦气氦气 He He 0.0005 50.0005 5氪气氪气 KrKr 0.00010.0001 1 1氢气氢气 H H2 2 0.000050.00005 0.50.5氙气氙气 XeXe 0.00000870.0000087 0.0870.087 总总 99.992458799.9924587 99924.58799924.587残气质谱残气质谱212141828430324044H2HeCCH2H2ON2 and
5、 COO2ArCO2大气成分8 大气由各种可凝和不可凝气体组成大气由各种可凝和不可凝气体组成. . 组成总压力的各种独立气体的压力成组成总压力的各种独立气体的压力成为分压为分压. . 在大气环境中，我们会发现：在大气环境中，我们会发现：10131013* *(5(5e e-4-4) ) % % 氦气分压氦气分压 ! !氦气在空气中的浓度为氦气在空气中的浓度为 5 5 ppmppm什么是分压?9真空范围759 - 1 x 10 -3 Torr1013 - 1 x 10 -3 mbar1 x 105 - 1.33 x 10-1 Pa 1 x 10 -8 Torr 1x10 -8 mbar 1.33
6、 x 10-6 Pa1 x 10 -3 - 1 x 10 -8 Torr1x10-3 mbar- 1x10-8 mbar1.33 x 10-1 - 1.33 x 10-6 Pa粗真空粗真空高真空高真空超高真空超高真空10真空范围粗真空粗真空高真空高真空超高真空超高真空11真空范围 max minmax min 低真空低真空 (LV)1013 331x1053,3x103中真空中真空 (MV)331x10-33,3x1031x10-1高真空高真空 (HV)1x10-31x10-61x10-11x10-4非常高真空非常高真空 (VHV)1x10-61x10-91x10-41x10-7超高真空超高真
7、空 (UHV)1x10-91x10-121x10-71x10-10极高真空极高真空 (XHV)1x10-121x10-161x10-101x10-14真空范围真空范围mbarmbarPaPa12气流for airfor air流动特征流动特征标准标准汌流真空技术中比较少见发生在真空泵启动瞬间（接近大气压时)粘滞流在气体混合状态下，不同气体互相影响着一起流动。气体在管轴方向流动速率最大分子流在气体混合状态下，各种气体独自流动，不影响其他气体（没有相互作用）对于所有气体对于所有气体对于空气对于空气13粘滞流和分子流粘滞流粘滞流(分子间的动力传输)分子流分子流(分子独立运动)14v 总气载总气载15
8、气载 出气泄漏虚漏真实泄漏 反流扩散渗透真空侧大气侧渗透大原子吸附/释放扩散器壁16定义定义 出气 (吸附作用): 当系统表面暴露于大气时吸附的气体在工作过程中释放到真空环境中。 扩散:当系统表面暴露于大气或抽气初期进入到器壁内部的气体在工作过程中释放到真空环境. 渗透:在工作过程中气体从大气侧通过原子渗透透过器壁进入到真空环境中。 泄漏:在工作过程中气体通过系统漏孔进入真空环境中。17烘烤出气烘烤出气时间 (任意单位)压力 (torr)10-210-410-610-810-10加热未烘烤10-12烘烤11010210318材料渗透材料渗透 渗透是气体通过固体材料的一种能力。 材料对不同的气体
9、种类有不同的渗透率。例如: 钢铁对于高碳量气体有更高的渗透性；铜对所有钢铁对于高碳量气体有更高的渗透性；铜对所有的气体都有较低的渗透性，铝对于氢气有较低的渗透性的气体都有较低的渗透性，铝对于氢气有较低的渗透性。 聚合体对所有气体都有可渗透性。19真空系统的连接真空系统的连接: : KF KF 法兰法兰 KF KF 法兰的组法兰的组装装20真空系统的连接真空系统的连接: : 金属密封金属密封向外挤压向外挤压局部密封局部密封完全密封完全密封21真空系统连接真空系统连接: : ISOISO法兰法兰22流导术语 “流导流导”被认为是系统的组成部分，它是气流阻值的倒数。流导指单位时间的体积流导指单位时间
10、的体积。 ( (l l/s/s)23注意注意: : 以上条件是清洁以上条件是清洁, ,干燥干燥, ,抽速稳定抽速稳定. . WhereWhere: t = : t = 时间（秒）时间（秒） V = V = 容积（容积（升）升） S = S = 抽气速抽气速度度 l/s l/s P P1 1 = = 起始压力起始压力 mbarmbar P P2 2 = = 最终压力最终压力 mbarmbart t = = V VS S * * 2.3 2.3 * * log log P P1 1P P2 240 LITERS 3.5 L/SEC.例如例如条件条件 : V = 40 l S = 3.5 l/sec
11、 P1 = 1000 mbar P2 = 6 mbar t = 403.5 * 2.3 * log 10006 = 59 seconds抽气时间的计算24抽气时间的计算 (粘滞流）带有氟橡胶圈的钟罩； 使用NW16，长100cm管道连接SH-100粗抽泵；转接头 KF40- KF16 ，4 cm 长；波纹管 NW16 ， 100 cm 长，NW16阀门；法兰口 ISO 63，15 cm长；钟罩25 x 25 cm计算从一个大气压达到最终压力计算从一个大气压达到最终压力 2 x 10-1 mbar所需的时间。25真空泵的相应指标抽气量抽气量 = Q = Q (mbar l/s or torr l
12、/s)被真空泵从一点传送到另外一点的气体数量被真空泵从一点传送到另外一点的气体数量. .它取决于压力它取决于压力. .极限压力极限压力 = = 泵所能达到的最低压力。泵所能达到的最低压力。压缩比压缩比 = = K= PK= P0 0 / P/ Pi i排气口压力排气口压力 ( (P P0 0) )和进气口压力的比率和进气口压力的比率 (P (Pi i).).抽气速度抽气速度 = = S S (l/s)单位时间内的气体容积单位时间内的气体容积P P0 0P Pi i26v粗抽泵粗抽泵27油封式旋片泵油封式旋片泵28油封式旋片泵油封式旋片泵吸气吸气隔离隔离压缩压缩29瓦里安旋片泵 双级旋片泵的工作
13、原理 气镇气镇 排气口排气口 内部调内部调压阀压阀 级间通级间通道道入口入口第一级第一级第二级第二级30涡卷式干泵涡卷式干泵 干式干式 ( (真空泵部分无油真空泵部分无油.).) 较高的抽气速度较高的抽气速度 尺寸紧凑尺寸紧凑 极限压力低极限压力低 mtorrmtorr31涡卷式干泵涡卷式干泵抽气过程抽气过程涡片间的密封部分涡片间的密封部分32涡卷技术 双级设计第一级涡卷 通过涡卷形成3个抽气腔入口有较高抽速入口有较高抽速全级都在真空状态中工作全级都在真空状态中工作第二级涡卷 单腔抽气33涡卷干泵涡卷干泵第一级第一级3 3腔抽气涡卷腔抽气涡卷第二级单腔抽气涡卷第二级单腔抽气涡卷34涡卷技术 从
14、大气到约550 mbar旁通阀打开 第二级被旁通，所有气体在第一级被压缩后不经过第二级直接被排出。允许泵体在高压状态下成为大排量泵，因此泵的工作效率更高。 35涡卷技术 从约550 mbar 到极限旁通阀关闭 所有气体被压缩后均被传送到第二级继续压缩，然后被排出;36隔膜泵隔膜泵37隔膜泵工作原理38隔膜泵工作原理隔膜泵的基本结构比较简单 (图1). 弹性隔膜 (1)夹具用于压紧泵头(2)和腔体 (3)；隔膜从腔体内部隔离出传输腔 (7)。隔膜通过隔膜螺栓（6）连接并紧固在连杆（4）上。连杆的摆动驱使隔膜上下运动。当隔膜向下运动时通过入口阀门（8）吸入气体，当隔膜向上运动时通过出口压力阀（9）
15、排出气体。39隔膜泵的工作原理1 1 保护盖保护盖2 2 阀门阀门3 3 盖子盖子4 4 隔膜盘隔膜盘5 5 隔膜隔膜6 6 隔膜支撑盘隔膜支撑盘7 7 连杆连杆8 8 异性盘异性盘40罗茨增压泵进气进气排气排气41进气口进气口排气口排气口罗茨增压泵42高真空高真空/ /超高真空中使用的粗抽泵超高真空中使用的粗抽泵 从真空室中取出大部分空气。 为高真空泵保持适合的排气口压力和提供合适的进气口启动压力。43粗抽泵注意事项粗抽泵注意事项 油泵需要防止返油； 正确的系统设计需要考虑防止粉尘污染； 干泵需要安置VPI阀；TURBOPUMPSCROLLPUMP44低真空高真空超高真空 旋片式机械泵泵活塞
16、式机械泵干式机械泵强排式/罗茨泵10-1210-1010-810-610-410-21 110+2压力压力( (Torr)Torr)粗抽泵的工作范围粗抽泵的工作范围45粗抽泵对照粗抽泵对照优点类型缺点低极限压力低成本寿命长旋片泵返油会有污染脏污合成油高容量低成本滑阀泵需要安全阀噪音大震动大清洁低“干燥”极限压力涡卷干泵小气体容易逃逸只能在清洁环境使用安静易维护隔膜泵抽速小极限压力较高需要频繁维护无返油低极限压力爪式干泵价格较贵需要频繁维护需要吹扫保护气体46v高真空泵高真空泵47油扩散泵油扩散泵48油扩散泵油扩散泵气体分子被加速，气体分子被加速，速度超过速度超过750 英里英里/小时小时扩散泵
17、的基本工作原理扩散泵的基本工作原理 基本设计基本设计 冷帽冷帽 多级喷多级喷射塔射塔 热保护热保护开关开关 加油和排油加油和排油口口 油槽（锅炉）油槽（锅炉） 进气进气口口 柱状柱状 水冷泵体水冷泵体 排气口排气口挡板挡板前级管道前级管道喷嘴喷嘴电源接口电源接口加热器加热器50瓦里安喷射塔 油滴挡板 分馏管 防飞溅挡板喷嘴第一级第一级第二级第二级第四级第四级第三级第三级压力稳定低返油更高前级压力耐受能力更高的排气容量保护: 机械泵气流51扩散泵的基本工作原理扩散泵的基本工作原理- -分馏塔分馏塔 小泵通常有3-4级，大泵通常有4-6级； 加热器提供泵油蒸发的能量并维持泵体内压力；(通常 1-2
18、 Torr) 当泵油蒸发后，整个分馏塔将充满油蒸气； 分馏塔由柱状和锥形状组件构成，形成喷嘴； 第一级喷射环具有最高的抽气速度，最后一级喷射环（喷嘴）具有最大的压缩比；52扩散泵的基本工作原理扩散泵的基本工作原理 分馏塔分馏塔这种通道结构可以确保纯度最高，饱和蒸气压最低的那部分泵油进入到分馏塔中心；53扩散泵的基本工作原理扩散泵的基本工作原理 分馏塔分馏塔 油蒸气在水冷泵壁上冷凝成液体，在重力作用下沿着泵壁重新流回油槽内； 喷射塔下面开有小狭缝，能让冷凝后的泵油返回油槽内； 空气/水冷带走了几乎全部来自油槽中的热量； 冷凝后的泵油再蒸发又将消耗加热器的功率。泵壁外围的泵壁外围的水冷管水冷管喷射
19、塔壁喷射塔壁气体分子气体分子扩散泵的基本工作原理扩散泵的基本工作原理 动力传送动力传送油蒸气分子油蒸气分子扩散泵的基本工作原理扩散泵的基本工作原理 前级管道设计前级管道设计前级挡板前级挡板 前级挡板可确保泵油能完全冷凝； 前级管道的中间部分能保留足够的热量，可以将仍然残留在冷凝泵油内部的气体在流回油槽前蒸发出来。残留气体残留气体56扩散泵的基本工作原理扩散泵的基本工作原理- - 最大前级耐受压力最大前级耐受压力 当前级压力超过扩散泵的最高前级耐受压力时，抽气功能将失效，将导致泵油返扩散。前级压力过高57冷阱冷阱典型的扩散泵系统ChamberChamber高真空阀高真空阀58涡轮分子泵涡轮分子泵
20、59瓦里安的分子泵家族60转子转子拖动级定子拖动级定子 轴承轴承散热片散热片拖动级转子拖动级转子定子定子电机电机排气口排气口入口入口涡轮拖动复合分子泵涡轮拖动复合分子泵61涡轮分子泵涡轮分子泵涡轮级的工作原理涡轮级的工作原理转子的叶片定子转子的叶片分子的热运动62 分子拖动级的工作原理分子拖动级的工作原理高速运动器壁涡轮拖动复合分子泵涡轮拖动复合分子泵63拖动级原理拖动级原理64冷冻泵冷冻泵冷冻泵压缩机压缩机65冷冻泵冷冻泵增强模块增强模块第二级第二级冷冻板冷冻板再生吹起管再生吹起管远控温度传感器远控温度传感器第一级第一级罐子罐子压力调节阀压力调节阀第一级第一级前挡板前挡板泵体泵体6610-1
21、210-1010-810-610-410-2110+2压力压力 (torr)分子泵分子泵扩散泵扩散泵冷冻泵冷冻泵液氮冷阱液氮冷阱粗真空高真空超高真空高真空工作范围高真空工作范围67高真空泵对照高真空泵对照优点类型缺点对水蒸气抽速大任意位置安装清洁冷泵冷泵需要再生受热源影响大有振动扩散泵扩散泵成本低无运动部件维护成本低返油压力容差小需要冷阱连续抽气清洁耐高压分子泵分子泵机械轴承振动成本高68v超高真空泵超高真空泵69 钛升华泵-Titanium Sublimation Pump70钛升华泵71钛升华泵原理钛升华泵原理TiTiN N2 2HeHeO O2 2H H2 2H H2 2O OCHCH4
22、 4钛升华泵由钛蒸发源和冷表面组成，升华出的钛原子沉积在表面上形成新鲜的钛膜并捕获空间中的气体分子。72钛源钛源钛球钛球迷你型迷你型 钛球源钛球源加热器加热器钛球源钛球源迷你型迷你型 钛球源钛球源3 3根灯丝根灯丝钛灯丝钛灯丝73钛升华泵钛升华泵用于使系统真空达到更高的水平 在很低的压强下对于所有可吸附性气体都具有相当高的抽气速度，尤其是对于UHV系统至关重要的H2对惰性气体和甲烷的抽速为零当工作压强高于10-7mbar时寿命有限，因此通常与离子泵配合使用，由离子泵将工作压强抽至很低的状态配合使用的离子泵通常要求对惰性气体具有较好的抽气效果，因此通常使用Starcell或Noble Diode
23、类型74钛升华泵抽速钛升华泵抽速表面温度表面温度H H2 2N N2 2O O2 2COCOCOCO2 2H H2 2O O 2020O OC C 3.1 3.1 4.6 4.6 9.3 9.3 9.3 9.3 7.8 7.8 3.1 3.1-196-196O OC C10.110.110.110.110.810.8 10.8 10.8 9.3 9.3 14.0 14.0对各种气体的抽气主要发生在升华后的钛表面对各种气体的抽气主要发生在升华后的钛表面( (升升/ /每平方厘米每秒每平方厘米每秒) )75离子泵离子泵76离子泵离子泵阴极阴极阳极阳极氢离子氢离子高能原子掩埋高能原子掩埋被反射中性粒
24、子被反射中性粒子阴极内部扩散阴极内部扩散和分裂和分裂表面分裂表面分裂77离子泵工作原理离子泵工作原理正交电场与磁场B 1000 高斯 V 3 to 7 KV潘宁蜂窝潘宁蜂窝主要抽气机理主要抽气机理 放电放电 发生在正交的电场(E) 和磁场 (B)内 离子轰击离子轰击 阴极 (Ti) 化学反应薄膜沉积化学反应薄膜沉积 (钛溅射) 在阳极上 气体被吸附在钛膜上气体被吸附在钛膜上 (化学吸收作用) 或被埋藏在钛阴极中阳极阳极阴极阴极中性气体分子中性气体分子阳极阳极阴极阴极 电电子子 磁铁磁铁78离子泵工作机理离子泵工作机理 electronselectronsIon bombardmentSputt
25、ered titaniumBuried molecules电子发射源电子发射源 电子电子电子电子离子离子轰击轰击阴极阴极阳极阳极被埋藏分被埋藏分子子被溅射钛被溅射钛79THANK YOUSUCCESS2022-5-1279可编辑可编辑80工 作 原 理SPUTTERINGSPUTTERING离子表面相互作用q 离子注入q 能量传送到原子晶格q 连锁撞击q 部分能量返回表面q 撞击靶一个以上原子被激发化学吸收化学吸收分子表面相互作用q 从气态到固态q 抽气效能: 气体收集 q 收集器材料 (Ti, Ta, Zr)q 可收集气体 (H2, O2, N2, CO2)81工工 作作 原原 理理 电子电
26、子中性气体分子中性气体分子气体离子气体离子阴极阴极- - 钛钛磁力线磁力线 磁磁铁铁 阳阳极极阴极阴极 阳阳极极阴极阴极 控制单控制单元元82二极和三极示意图二极和三极示意图+阳极阳极V -溅射钛溅射钛,氩原子在此埋藏氩原子在此埋藏泵壁泵壁磁场磁场钛溅射阴极钛溅射阴极倾斜撞击引起最大的溅射倾斜撞击引起最大的溅射氩离子氩离子磁场磁场V +阳极阳极+氩氩钛原子钛原子诱捕埋藏氩原子诱捕埋藏氩原子 抽气机理抽气机理(A) 二极离子泵二极离子泵(B) 三极离子泵三极离子泵钛溅射阴极钛溅射阴极83离子泵特性离子泵特性 使用寿命与压力成反比; 抽速和性能逐渐减小 (到达寿命终点). 高压接头或绝缘元件会被镀
27、上膜层. 泵内部会堆积碎片. 气载过高 (通过 rate-of-rise 测试进行校验).84离子泵对于不同气体的性能离子泵对于不同气体的性能TSPNEGTRIODESTARDIODENOBLECELLDIODE 氢气氢气341231氦气氦气003413水水332232 甲烷甲烷003323 氮气氮气332233氧气氧气, 一氧化碳一氧化碳, 二氧化碳二氧化碳432233氩气氩气003413无效无效0 差差1 好好2 很好很好3 卓越卓越485复合离子泵复合离子泵 离子泵最主要由于抽取稀有气体; Starcell ( 或Noble Diode) 可被使用 二级复合离子泵是最好的选择.86钛升华
28、冷板钛升华冷板钛升华泵灯丝钛升华泵灯丝钛升华泵控制器钛升华泵控制器150, 300, or 500 l/s pumps150, 300, or 500 l/s pumps复合离子复合离子 钛升华泵钛升华泵87v 真空规真空规88热传导规热传导规热偶规热偶规5 torr to 1 x 105 torr to 1 x 10-3-3 torr torr热交换规热交换规大气大气 to 1 x 10to 1 x 10-3-3 torr torr8990热电偶灯丝真空接口规管外壳控制器91工作原理工作原理不同真空度下恒定电流通过导体时所产生的热量不同，热偶规利用此原理，通过测量温度的变化来指示真空度。92
29、热传导规热传导规被加热灯丝 (约 120 C)“冷”管“热” 分子“冷”分子电极93电容薄膜真空规电容薄膜真空规94热灯丝离子规热灯丝离子规工作范围工作范围: 1 : 1 x 10 x 10-2-2 torr torr 到到 1 1 x10 x10-10-10 torr torr栅极栅极离子收集极离子收集极柱状电子收集极柱状电子收集极丝状离子丝状离子收集极收集极热电子发热电子发射极射极气体离子气体离子放大器放大器压力表压力表95离子规工作原理灯丝提供电子源灯丝提供电子源电子形成一个可测量可控制的发射电流电子形成一个可测量可控制的发射电流栅极加速电子使之撞击气体分子栅极加速电子使之撞击气体分子电
30、子与气体分子的碰撞，将气体分子电离成电子与气体分子的碰撞，将气体分子电离成气体离子气体离子气体离子被栅极截获并直接飞向中心收集极气体离子被栅极截获并直接飞向中心收集极收集极产生离子流并输送到电流表上收集极产生离子流并输送到电流表上离子流和发射电流与气压成正比；离子流和发射电流与气压成正比；96UHVUHV离子规（裸规）离子规（裸规）工作范围工作范围: 1 : 1 x 10 x 10-3-3 torr torr 到到2 2 x 10 x 10-11-11 torr torr97冷阴极规冷阴极规接地阳极接地阳极阴极阴极-2kV-2kV磁铁磁铁工作范围工作范围: 1 : 1 x 10 x 10-2-
31、2 torr torr 到到 1 1 x10 x10-11-11 torr torr98NS+ +- -+ +气体分子正离子电子冷阴极规冷阴极规99冷阴极规工作原理冷阴极类型冷阴极类型阳极与阴极之间加高压阳极与阴极之间加高压 (+3KVDC) (+3KVDC)地线发射引起电子离开阴极表面地线发射引起电子离开阴极表面+3KV+3KV高压将电子加速飞向阳极高压将电子加速飞向阳极 电子加速飞向阳极的过程中撞击气体分子电子加速飞向阳极的过程中撞击气体分子电子与气体撞击将气体分子电离成气体离子电子与气体撞击将气体分子电离成气体离子气体离子被阴极吸收气体离子被阴极吸收通过电流表测量电子和离子电流通过电流表
32、测量电子和离子电流电流与气体压力成正比电流与气体压力成正比100 宽量程从 1 x 10-2 到 1 x 10-9 mbar 牢固, 快速, 廉价, 易维护 测量误差 30 - 50% 气体种类取决于 (修正系数)冷阴极规冷阴极规101规管的测量范围规管的测量范围10103 31010-8-81010-11-111010-10-101010-9-91010-7-71010-6-61010-5-51010-4-41010-3-31010-2-21010-1-110100 010101 110102 2热偶规热偶规皮拉尼皮拉尼UHV UHV 离子规离子规冷阴极规冷阴极规薄膜规薄膜规热阴极规（热阴极
33、规（BABA）压力压力 ( (torr)torr)超高真空超高真空高真空高真空粗真空粗真空大气大气BourdonBourdonRGARGA102超高真空规的选择首先需要在热阴极或冷阴极之间选择首先需要在热阴极或冷阴极之间选择以下情况请选择冷阴极以下情况请选择冷阴极: :绝对不能有灯丝 灯丝会发光，放气和多余电子需要较高的物理强度对于压力的改变需要响应速度快不容许从灯丝中放气不容许有灯丝发热不希望用很长的电缆去操作热灯丝规真空压力测量不需要太高的精度，特别是全天测量时。103超高真空规的选择首先需要在热阴极或冷阴极之间选择首先需要在热阴极或冷阴极之间选择以下情况请选择热灯丝规以下情况请选择热灯丝
34、规: :需要较高的测量精度可以适应灯丝出气和发光对于压力的变化不需要太快的反应速度可以适应灯丝发热可以接受使用长电缆来操作热灯丝规104超高真空规的选择一旦你已经决定冷阴极规可以满足你的要一旦你已经决定冷阴极规可以满足你的要求，那么下一步就会比较简单求，那么下一步就会比较简单我们只有一种我们只有一种. . 超高真空冷阴极规超高真空冷阴极规你需要做的就是去决定选择一种可烘烤或你需要做的就是去决定选择一种可烘烤或不可烘烤的电缆。不可烘烤的电缆。105超高真空规的选择一旦你已经决定冷阴极规可以满足你的要一旦你已经决定冷阴极规可以满足你的要求，那么，你需要精选那一种？求，那么，你需要精选那一种？第第1
35、 1步步: : 决定决定x x射线限定射线限定X射线是一种干扰偏移电流，即使气压已经绝对为零，但是收集极上依然存在着电流； 例如: x射线本底 = 2x10-11Torr 真实压力为 2x10-11Torr ，此时真空规将显示 4x10-11Torr 106超高真空规的选择Step 1: Step 1: 决定决定X X射线限定射线限定 需测量压力 X射线本底真空规1x10-9Torr2x10-10T4x10-10T任何带CF法兰玻璃热灯丝规1x10-10Torr 2x10-11Torr UHV-241x10-11Torr 5x10-12Torr UHV-24p107超高真空规的选择Step 2
36、: Step 2: 选择灯丝选择灯丝 选择钨丝的目的选择钨丝的目的: :费用最低费用最低长时稳定性最好长时稳定性最好氢气或卤素气体为工作气体氢气或卤素气体为工作气体 选择钍铱灯丝的目的选择钍铱灯丝的目的: :功耗最低功耗最低 出气最少出气最少工作气体为氧气工作气体为氧气 108超高真空规的选择第第3 3步步: : 选择规管类型选择规管类型 此种情况，可选择裸规此种情况，可选择裸规: :需要最高的超高真空流导；需要最高的超高真空流导； 不允许发生玻璃规管破裂的危险；不允许发生玻璃规管破裂的危险；需要在烘烤过程中操作真空规；需要在烘烤过程中操作真空规； 此种情况，可选择带此种情况，可选择带2 2.
37、75CFF.75CFF法兰玻璃规法兰玻璃规: :需要最低成本需要最低成本需要看见灯丝需要看见灯丝 109超高真空规电缆的选择瓦里安提供如下电缆瓦里安提供如下电缆: :对于玻璃热灯丝规对于玻璃热灯丝规 只有非烘烤电缆只有非烘烤电缆 ( (PVC) PVC) 对于裸规对于裸规 非烘烤电缆非烘烤电缆 ( (PVC)PVC)可烘烤到可烘烤到250250摄氏度电缆摄氏度电缆 ( (铁氟龙铁氟龙) )防辐射防辐射/ /可烘烤可烘烤200200摄氏度摄氏度(Kapton)(Kapton)对于冷阴极规对于冷阴极规非烘烤非烘烤 ( (PVC)PVC)可烘烤可烘烤( (Teflon)Teflon) 110真空规控
38、制器 传统箱式传统箱式 可控制热偶规，热灯丝规和冷阴极规MultiGaugeMultiGauge “组合组合” ” 型型 用户根据需要现场配置；用户根据需要现场配置； 允许一次控制允许一次控制1111个规，允许其中个规，允许其中3 3个是高真空规；个是高真空规；SentorrSentorr 成本低成本低 工厂配置工厂配置 可控制可控制1 1个高真空规和两个低真空规；个高真空规和两个低真空规；电缆通用电缆通用111泄漏及泄漏及检漏技术检漏技术112漏孔是指在容器的器壁，不期望的一漏孔是指在容器的器壁，不期望的一个开口、小孔、或者是多孔的结构，个开口、小孔、或者是多孔的结构，使得气体或液体可以通过
39、它进入或流使得气体或液体可以通过它进入或流出。出。漏孔的定义漏孔的定义113检漏技术是用来保证元器件或系统检漏技术是用来保证元器件或系统的密闭性可以满足某种标准的一种的密闭性可以满足某种标准的一种方法方法检漏技术检漏技术114检漏测试的方法检漏测试的方法Proceduremediumlimit of leak ratembarl/spressure rangequantifiablerise pressureair & others10-4vacuumlimitedpressure dropair & others10-4overpressurelimitedfoaming agentair
40、& others10-5overpressurenobubble testair & others10-4overpressurelimitedsupersonicair & others10-2overpressure / low pressurenothermal conductivityair & others10-5overpressure / low pressurenomass spectrometerquadrupolerefrigerents;gases10-7overpressureyesmass spectrometermagnet. Sector fieldHeliumH
41、ydrogen 10-7overpressureyesmass spectrometermagnet. Sector fieldHeliumHydrogen 5x10-12vacuumyes 方法方法 介质介质 漏率范围漏率范围 压力范压力范围围 可定量可定量 压升法压升法 压降法压降法 泡沫法泡沫法 气泡法气泡法 超声波超声波法法 热传导法热传导法 四极质谱四极质谱 扇形磁场质谱扇形磁场质谱 扇形磁场质谱扇形磁场质谱 空气空气& &其它其它 空气空气& &其它其它 空气空气& &其它其它 空气空气& &其它其它 空气空气& &其它其它 空气空气& &其它其它 冷媒冷媒 氦气氦气/ /氢气氢气
42、 氦气氦气/ /氢氢气气 真空真空 高压高压 高压高压 高压高压 高压高压/ /低压低压 高压高压/ /低压低压 高压高压 高压高压 真空真空11510102 210101 110100 01010- -1 11010- -2 21010- -4 41010- -5 51010- -6 61010- -7 71010- -8 8116对气密性的理解对气密性的理解understanding particel sizeremarks for Helium mbarl/s for air at 20Ckg/hwater tight10-210-5dripvapour tight10-310-6swe
43、atbacteria tight10-410-7d10-6 mfuel and oil tight10-510-8virus tight10-610-9d0,3x10-6 mgas tight10-710-10absolut tight10-1010-11technical leak rate range 理解理解 漏漏 率率 范范 围围 粒子尺寸粒子尺寸 现象现象 水密水密封封 蒸汽蒸汽密封密封 细菌细菌密封密封燃料和油密封燃料和油密封 病毒病毒密封密封 气体气体密封密封“绝对绝对” ” 密封密封 滴下滴下 出汗出汗 技技术含义术含义117常见的泄漏的实例常见的泄漏的实例 每秒钟泄漏一滴水每
44、秒钟泄漏一滴水 1,7x10 1,7x10-1-1 mbarl/smbarl/s 法兰盘与密封圈夹了一根头发丝法兰盘与密封圈夹了一根头发丝1x101x10-3 -3 - 5x10- 5x10-2-2 mbarl/s mbarl/s 浸没在水中的自行车轮胎浸没在水中的自行车轮胎 1x101x10-2-2 mbarl/s mbarl/s ( ( 气泡测试气泡测试 ) ) 汽车轮胎的泄漏汽车轮胎的泄漏 4x104x10-5-5 mbarl/s mbarl/s 6 6个月内个月内 1,8 1,8 1,6 1,6 公斤公斤 118泄漏的种类泄漏的种类n 真空连接处的泄漏真空连接处的泄漏法兰，焊缝n 渗漏
45、渗漏 气体穿过材料进入另一端 （如弹性密封材料、玻璃）n 微孔泄漏微孔泄漏 n 虚漏虚漏 铸造件内部的缝隙和小空间，液体的蒸发烧结的材料和塑料n 温差造成的泄漏温差造成的泄漏 内部强烈的张力变化造成材料的细孔的开合 119检漏仪与系统的连接处过去经常出问题的元器件经常沿着密封表面运动的密封件阀门的动密封旋转部件的动密封舱门的密封波纹管轴的密封真空管道上的柔性连接螺纹连接处静密封，如观察窗，引线端焊点（特别是钎焊的焊点）常见的真实泄漏常见的真实泄漏120体积体积1升升时间时间/秒秒压力压力 mbar毫巴毫巴 升升/秒的定义秒的定义在在1 1升的容器内，压力在升的容器内，压力在1 1秒钟内秒钟内从
46、从1 1mbarmbar升高到升高到2 2mbar,mbar,那么漏率为那么漏率为：气体量气体量体积体积压力变量压力变量时间变量时间变量1211 x 101 x 10-1 -1 atm cc/sec. 1 Xatm cc/sec. 1 X1 x 101 x 10-2 -2 atm cc/sec. 10 Xatm cc/sec. 10 X1 x 101 x 10-3 -3 atm cc/sec. 100 Xatm cc/sec. 100 X1 x 101 x 10-4 -4 atm cc/sec. 1,000 Xatm cc/sec. 1,000 X1 x 101 x 10-5 -5 atm c
47、c/sec. 10,000 Xatm cc/sec. 10,000 X1 x 101 x 10-6 -6 atm cc/sec. 100,000 Xatm cc/sec. 100,000 X1 x 101 x 10-7 -7 atm cc/sec. 1,000,000 Xatm cc/sec. 1,000,000 X1 x 101 x 10-8 -8 atm cc/sec. 10,000,000 Xatm cc/sec. 10,000,000 X1 x 101 x 10-9 -9 atm cc/sec. 100,000,000 Xatm cc/sec. 100,000,000 X1 x 101
48、 x 10-10 -10 atm cc/sec. 1,000,000,000 Xatm cc/sec. 1,000,000,000 X1 x 101 x 10-11 -11 atm cc/sec. 10,000,000,000 Xatm cc/sec. 10,000,000,000 X122为什么选择氦气作为示踪气体为什么选择氦气作为示踪气体? ?123HeHe是一种标准元素，原子质量数为是一种标准元素，原子质量数为4 4。空气中空气中HeHe的本底浓度非常低，使得的本底浓度非常低，使得HeHe质谱计的本底噪声信质谱计的本底噪声信号小，因此号小，因此HeHe作为检漏工作气体成分在实际应用中是非
49、常作为检漏工作气体成分在实际应用中是非常理想的。理想的。 无论在哪里，无论在哪里，HeHe气的获得都不是件很困难的事情。气的获得都不是件很困难的事情。 无毒。无毒。 非可燃性气体。非可燃性气体。 惰性气体，不易发生化学反应。惰性气体，不易发生化学反应。 氦气可以存储在各种尺寸的圆筒容器内，并且最高纯度能氦气可以存储在各种尺寸的圆筒容器内，并且最高纯度能够满足最为苛刻的医用要求。够满足最为苛刻的医用要求。满足无损检测要求满足无损检测要求为什么选择氦气作为示踪气体为什么选择氦气作为示踪气体? ?124 精确地测量漏率精确地测量漏率 (喷枪法/真空法) 只有当氦气加在漏点上的时间大于5倍的时间常数后
50、，检漏仪显示的漏率才等于实际漏率在漏点处，氦气必须充分置换空气，以精确地测量漏率漏率的精确测量漏率的精确测量125Leak Detectorwith RVP真空室真空室干式检漏仪干式检漏仪直接送气逆流法干泵对真空系统进行检漏对真空系统进行检漏126接地接地挡板挡板+200VVAR.灯丝三极板三极板重离子重离子中间离子中间离子轻离子轻离子电源电源 放大器放大器收集极收集极 电阻电阻高真空规高真空规接地接地检漏仪的工作原理检漏仪的工作原理127关闭关闭打开打开粗检模式粗检模式1285 5关闭关闭打开打开全逆流模式全逆流模式1299 9关闭关闭打开打开精检模式精检模式130高灵敏度(Short Ap
