小型真空探測器動靜態(tài)真空監(jiān)測的實現

2015-07-03 蔡易平中國工程物理研究院核物理與化學研究所

　　為解決小型真空探測器體積小、內部空間有限、常規(guī)真空監(jiān)測裝置無法安裝在探測器上進行直接測量的問題，設計一種外置動靜態(tài)真空測試系統(tǒng)，并建立外置測試系統(tǒng)測量數據與小型真空探測器腔體內真空度的可靠關系。測試實例驗證表明：本工作建立的外置動靜態(tài)真空測試系統(tǒng)，按設計方式推算的探測器動靜態(tài)真空度值與實際測量值的差異不到10%，可以較好地實現小型真空探測器的動態(tài)真空測試和靜態(tài)真空監(jiān)測。

　　部分小型真空探測器使用時真空腔體為靜態(tài)真空，靜態(tài)真空的真空度是探測器使用中必須確切知道的一項重要真空參數指標。為獲得較好的靜態(tài)真空，必須對真空腔體除氣，以使真空腔體達到或接近相應條件下的動態(tài)極限高真空。對于測試真空容器在真空獲取過程中的動態(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(或在容器內懸掛)普通的真空規(guī)測試真空，這種安裝設計方式用于大體積(容積大于10L)的真空容器的真空檢測(監(jiān)測)時，由于測試裝置本身所占用的體積(約80mL)相對較小，測試裝置對容器結構影響不大，測試結果能較準確地反映容器的動靜態(tài)真空；但對于小型真空容器(容積低于1L的真空容器)，由于真空規(guī)所占位置相對較大，這種方式就明顯不實用，且測試中由于真空規(guī)的發(fā)熱等因素導致測試誤差增大(大容器中真空規(guī)發(fā)熱對真空測試結果的影響相對較小，幾乎可忽略不計)；而現有的微型真空檢測器件雖然體積小，可用于部分小型真空容器的真空檢測，但其真空測量范圍僅限于測試低真空，很難滿足探測器動態(tài)極限真空獲取過程中的高真空測試需要。

　　對國內外真空測試和監(jiān)測研究相關文獻進行查詢，亦難以找到有關于小型真空腔體的動態(tài)高真空測試和靜態(tài)真空監(jiān)測綜合實現的相關內容。本工作針對小型真空探測器本身體積小、內部空間有限、且需對真空腔體的動態(tài)高真空和靜態(tài)真空變化進行測試/監(jiān)測的工程需求，設計外置動靜態(tài)真空檢測(監(jiān)測)系統(tǒng)，在探測器的除氣端口安裝閥門，通過閥門控制，使探測器真空腔體的真空度與外置真空檢測系統(tǒng)的真空度構成合乎規(guī)律的聯系，依據氣體流動管路的流導與管路兩端的壓強變化規(guī)律，對小型真空探測器除氣過程中的真空測試，建立探測器某一時刻的真空度與真空測試裝置位置的真空度關系，以實現小型真空探測器的極限真空獲取過程的動態(tài)真空檢測；依據玻義耳-馬略特定律，對小型真空探測器靜態(tài)真空一段時間后的真空測試，建立探測器腔體內的真空度與由探測器和外置真空測試裝置構成的復合腔體的真空度關系，以實現探測器靜態(tài)真空長時間保持后的靜態(tài)真空監(jiān)測。為小型真空探測器應用者評估該類探測器動、靜態(tài)真空狀態(tài)提供可靠真空測試數據依據。

　　1、實現小型真空探測器動靜態(tài)真空監(jiān)測的設計

　　1.1、真空獲取系統(tǒng)結構設計

　　小型真空探測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，無法安裝真空檢測裝置檢測(監(jiān)測)動(靜)態(tài)真空，為此設計真空規(guī)三通管，使真空檢測裝置(真空規(guī))能夠安裝在真空獲取通路上，具體結構為：三通管的兩側安裝真空閥，一側真空閥F1(內閥)連接小型真空探測器，另一側真空閥F2(外閥)通過真空抽氣管路連接分子泵真空機組，三通管中間端口安裝真空規(guī)，真空規(guī)連接真空計，由內閥、三通管、真空規(guī)，真空計、外閥一起在小型真空探測器本身真空腔體外構成外置形式的真空測試系統(tǒng)。真空獲取設計示意圖如圖1所示。

小型真空探測器動靜態(tài)真空監(jiān)測的實現