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给出不单独设置粗抽管道、不设置高真空阀门的涡轮分子泵抽气系统,这个系统的真空室是直接通过涡轮分子泵进行粗抽的。因为系统上没有粗抽管道,所以就不存在因粗抽管道而带来的污染和切换区域不适当等问题。从结构上看,系统也变得更简单了。它没有粗抽阀、管道和冷阱,也不需要高真空阀,只需要一个电离规和一个热传导规。
每当打开真空室暴露大气时,就必须把整个系统停机,而后再重新启动。这就使得液氮冷却表面使用起来不方便,因为每当系统停机时,必须将冷却表面升温。1-检漏接口阀;2-涡轮分子泵;3-放气阀;4-电离规;5-热传导规;6-真空管路阀;7-电磁放气阀;8-机械泵。图2 不用阀门的涡轮分子泵抽气系统同时,启动涡轮分子泵和机械泵,通过涡轮分子泵进行粗抽,必须正确选配前级机械泵。
如果机械泵的抽速小,它是不能在涡轮分子泵达到很大转速以前把真空室抽到过渡区的。当出现这种情况时,电动机的过流保护电路就会把涡轮分子泵关掉。抽速大小合适、运转适当的机械真空泵应该是在涡轮分子泵达到其额定转速的75%左右时就能把真空室抽到20~200Pa,这样也可防止机械泵油的返流。大多数涡轮分子泵所设计的启动加速时间为5~10min。
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在高真空抽气过程的起始阶段,泵的很大的未经烘烤的内表面会吸附水,然后再在较低的压力下重新释放出来。这种效应在无阀门的系统中更为明显,因为它可能比未暴露在压力高于150Pa的空气环境的有阀门的系统吸附更多的水蒸气。系统停机时,先关闭高真空阀,如果有液氮冷阱的话,还要将冷阱加热。在冷阱达到平衡温度后,关掉前级管道阀,再切断涡轮分子泵电动机的电源,使分子泵的转子减速。
一般来说,泵转子完全停止需要十分钟或更长的时间。在分子泵转子减速期间,来自前级管道的碳氢化合物和涡轮分子泵的润滑油蒸气会迅速地向泵的进气口上方区域扩散。为了防止机械泵油蒸气和涡轮分子泵润滑油蒸气的返流,在切断涡轮分子泵电动机的电源后,要用一股干燥的反向气流对分子泵进行放气。
例如,应该在泵转子速度下降到很大转速的50%左右时,在泵进气口上方的某处或在转子组件上部连续充入气或氮气,直到泵内压力达到大气压。通过从阀门3(见图1)充入气体就可适当地完成这一操作。当涡轮分子泵以额定速度运转时,不应经常充入压力为大气压的气流。这样做对轴的寿命是不利的。当前级管道阀关闭后,即可关掉机械泵系统,并用放气阀对机械泵内进行放气。停机后应立即关掉冷却水以防止内部冷凝。在正常工作时,可把水温调节到略高于来消除泵体外部可能形成的冷凝物。
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许多设备在工作时都会产生磁场,比如,家用电冰箱的磁场强度约有10高斯(1mT),MRI()的磁场强度甚至会高达3T;尽管可以采取屏蔽等措施,仍然可能会有外漏的杂散磁场,对工作在附近的分子泵产生不好的影响。磁场对涡轮分子泵的可能影响当涡轮分子泵的转子在磁场中旋转时,会产生涡流。这些电流倾向于阻碍转子的旋转,并导致电机的功率增大。
由于泵转子不与定子接触,涡生的热量和额外的功率主要通过辐射消散。因此,转子可能会过热,即使泵体及其它静止的部件仍然是冷的。为了确认磁场对分子泵工作的影响,德国卡尔斯鲁厄理工学院()设计并执行了下面的测试:测试条件和装置被测分子泵的型号为TwisTorr304FSCFF6,使用一对亥姆霍兹线圈(直径120厘米)来产生包围整个泵的均匀磁场。
被测分子泵由一台涡旋干泵作为前级,分子泵的进气口压力抽至1E-3mbar以下(该压力以下,热对流几乎为零,分子泵转子的热量仅可以通过辐射传递出去很小的一部分)。使用20℃的冷却水对分子泵持续进行冷却;分子泵的控制器会自动调整电机电流,保持转子以恒定转速运行。
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