CN109404322A - 一种宽量程高精度分子泵抽速测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽量程高精度分子泵抽速测试系统及方法。该测试系统包括干泵RP、分子泵TMP、测试罩VC1、第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3、第一真空阀门V1、第二真空阀门V2、流量计FM、气源和真空管道等。通过本发明的技术方案，测试系统的真空度测量范围达到10‑1～10‑7帕，测量不确定度小于10％。

Description

一种宽量程高精度分子泵抽速测试系统及方法
技术领域
本发明涉及真空测量领域。更具体地，本发明涉及一种宽量程、高精度分子泵抽速的测试系统及其方法。
背景技术
分子泵作为获得洁净超高真空的主要工具，在工业生产和科学研究中得到广泛的应用，我国每年对各类分子泵的使用量在数万台左右，尤其是航空航天、高能物理、半导体、微电子、通信、节能环保、医疗卫生、环境健康、核物理等众多领域广泛应用分子泵高端产品。当前韩国和日本已经建立了完善的分子泵质量控制机制，对所有分子泵进行全方位性能参数测试，测试结果达标才能进入市场，对于保障产品质量和可靠性起到了关键作用。美国、德国等国家也已经开展部分分子泵测试工作。我国近些年深入开展了分子泵性能测试技术研究，当前能够测试的参数包括最低工作压力(极限真空度)、抽速、压缩比、振动、噪声、能耗等分子泵主要性能参数，其中抽速测试范围为50L/s～3000L/s，抽速测试中的压力范围达到10-1Pa～10-5Pa。
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发明内容
为延伸分子泵抽速测试范围并提高测试精度，本发明提出一种宽量程、高精度分子泵抽速测试的测试系统及其测试方法。
在一个方面中，本发明提供一种分子泵抽速测试系统，该测试系统包括：干泵RP、分子泵TMP、测试罩VC1、第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3、第一真空阀门V1、第二真空阀门V2、流量计FM、气源和真空管道，其中
所述干泵RP通过真空管道与所述分子泵TMP的抽气出口连接，所述分子泵TMP的抽气口与所述测试罩VC1连接；
所述测试罩VC1的测试口与所述分子泵TMP抽气口连接，在所述测试罩VC1同一水平截面有多个接口，其分别与第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3、进气管道连接；
所述第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3分别与所述测试罩VC1连接；
所述第一真空阀门V1的一端与所述测试罩VC1连接，另一端通过真空管道与所述流量计FM连接；
所述流量计FM一端通过真空管道与所述第一真空阀门V1连接，另一端通过真空管道与所述第二真空阀门V2连接；
所述第二真空阀门V2一端通过真空管道与所述流量计FM连接，另一端通过真空管道与所述气源连接；
所述气源通过真空管道与所述第二真空阀门V2连接。
在一个实施例中，第一真空规G1是复合规，其用于监测所述测试罩VC1内压力；所述第二真空规G2和第三真空规G3分别为磁悬浮转子真空规和BA规，用于精确测量所述测试罩VC1内压力，将真空度的测量范围延伸至10-1～10-7帕。
在一个实施例中，磁悬浮转子真空规的测量真空度范围为10-1～10-4帕，并且用作参考标准来实时校准BA规，以便当采用测量真空度范围为10-4～10-7帕时的BA规时，减小BA规的灵敏度所引入的误差。
在一个实施例中，所述流量计FM提供标准流量，其抽速的测量范围为0.1L/s～4000L/s，并且流量引入的误差控制在1％～1.5％。
在另一个方面中，一种使用上述的测试系统对分子泵抽速进行测试的测试方法，其包括步骤：
S1、将待测分子泵连接在测试系统上，并将所述测试系统的电源接通；
S2、打开第一真空规G1，并打开所述分子泵的冷却水；
S3、启动干泵RP，待所述第一真空规G1指示值小于100帕后，启动所述分子泵TMP对待测分子泵抽气，大约抽气十分钟后，在所述第一真空规G1的指示值小于10-3帕之后，打开所述第二和第三真空规G2、G3，所述第二真空规G2和第三真空规G3需稳定一小时以上；
S4、维持真空泵组(如分子泵TMP)对所述测试罩抽气，使真空度达到预想状态，对所述第二真空规设置本底；
S5、打开所述第二真空阀门V2，使用气源向流量计供气；
S6、打开所述第一真空阀门V1，待压力稳定后，使用流量计向测试罩中提供一稳定的气体流量，待所述测试罩压力稳定后，读取第二真空规G2或第三真空规G3所述显示的真空度P和流量计提供的标准流量Q，则此真空度的抽速通过公式S＝Q/P计算得到；
S7、逐步增大标准气体流量，改变所述测试罩内的真空度，使真空度在每个量级分别稳定在3、6、9附近，测试其抽取速度；以及
S8、根据测试结果绘制所述分子泵的抽速曲线。
在一个实施例中，所述测试过程中的温度波动不超过±3℃。
在一个实施例中，所述第二真空规是磁悬浮转子真空规，并且第三规是BA规，所述方法包括使用磁悬浮转子真空规对BA规进行实时校准。
在一个实施例中，测量结果的S标准合成不确定度小于10％。
根据本发明的上述宽量程、高精度分子泵抽速测试系统及其测试方法，测试系统主要由流量计和测试系统组成，采用高精度宽量程流量计提供标准流量，流量提供的合成不确定度在1％～1.5％，降低了气体流量对测量结果的影响，解决了传统的采用流量法和流导法两种方法测试误差偏大的问题。同时，本发明的方案也延伸了流量的范围，使抽速的测量范围达到0.1L/s～4000L/s，解决了传统的方法测量范围较小的问题；另外，采用磁悬浮转子真空规和BA规同时测量测试罩内的真空度，即延伸了压力的测量范围，又可以通过磁悬浮转子真空规对BA规实现实时校准，提高了测量的精度。通过本发明的方案，所述测试系统的真空度测量范围达到10-1～10-7帕，测量不确定度小于10％。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的测试系统的结构图；
图2是示出根据本发明的实施例的使用图1的测试系统对分子泵进行测试的方法的流程图；以及
图3是示出根据本发明实施例所获得的分子泵的抽速曲线。
具体实施方式
下面将结合附图来具体描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的实施例的测试系统100的结构图。如图1所示，本发明所提出的宽量程、高精度的分子泵抽速测试系统100，除其他以外，包括：干泵RP、分子泵TMP、测试罩VC1、第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3、第一真空阀门V1、第二真空阀门V2、流量计FM、气源、真空管道等元件或组件。
在所示的测试系统100中，干泵RP通过真空管道与分子泵TMP的抽气出口连接，分子泵TMP的抽气口与测试罩VC连接。测试罩VC1的测试口与分子泵TMP抽气口连接，并且在测试罩同一水平截面有若干个接口，这些接口分别与第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3、进气管道连接。第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3分别与测试罩连接。第一真空阀门V1一端与测试罩连接，另一端通过真空管道与流量计FM连接。
接着，如图1中所示，流量计FM一端通过真空管道与第一真空阀门V1连接，另一端通过真空管道与第二真空阀门V2连接。第二真空阀门V2一端通过真空管道与流量计FM连接，另一端通过真空管道与气源GAS连接。气源通过真空管道与第二真空阀门V2连接。
在一个实施例中，测试系统中第一真空规G1可以为复合规，并且吸气剂泵NEG1对氦气的抽速为零。另外，为提高测量精度，质谱计QMS每次使用时稳定一个小时，并且在整个测试过程中不能被关闭。
在一个实施例中，为提高测量精度以及延伸测量范围，测试系统中使用高精度、宽量程的流量计来提供标准流量，采用磁悬浮转子真空规和BA规测量真空度。在一个实施例中，第一真空规G1是复合规，其用于监测测试罩VC1内的压力。在一个实施例中，第二真空规G2和第三真空规G3可以分别为磁悬浮转子真空规和BA规，用于精确测量所述测试罩VC1内压力，将真空度的测量范围延伸至10-1～10-7帕。所述磁悬浮转子真空规的测量真空度范围可以为10-1～10-4帕，并且用作参考标准来实时校准所述BA规，以便当采用测量真空度范围为10-4～10-7帕时的BA规时，减小BA规灵敏度所引入的误差。在一个实施例中，其中流量计FM提供标准流量，其抽速的测量范围为0.1L/s～4000L/s，并且流量引入的误差控制在1％～1.5％。
图2是示出根据本发明的实施例的使用图1的测试系统对分子泵进行测试的方法200的流程图。
如图2中所示，该方法200包括如下的步骤：
S1、按照图1所示的结构图将待测分子泵连接在测试系统上，并且将测试系统的电源接通；
S2、打开第一真空规G1，并打开分子泵冷却水等；
S3、启动干泵RP，待第一真空规G1指示值小于100Pa后，启动分子泵TMP对测试系统抽气。大约抽气十分钟后，在第一真空规G1的指示值小于10-3Pa之后，打开第二和第三真空规G2、G3，并且将第二和第三真空规G2、G3稳定在一个小时以上；
S4、维持分子泵TMP对测试罩抽气，使真空度达到预想状态，并且对第二真空规设置本底。此处，所述第二真空规可以是磁悬浮转子真空规；
S5、打开第二真空阀门V2，使用气源向流量计供气；
S6、打开第一阀门V1，待压力稳定后，使用流量计向测试罩中提供一个较小的稳定气体流量。待测试罩压力稳定后，读取第二真空规G2或第三真空规G3显示的真空度P和流量计提供的标准流量Q，则此真空度的抽速通过公式S＝Q/P计算得到；
S7、逐步增大标准气体流量，改变测试罩内的真空度，使真空度在每个量级分别稳定在3、6、9附近，测试其抽取速度；以及
S8、根据测试结果绘制分子泵抽速曲线。
在一个实施例中，测试过程中的温度波动不超过±3℃。在另一个实施例中，第二真空规可以是磁悬浮转子真空规，并且第三真空规可以是BA规，并且可以使用磁悬浮转子真空规对BA规进行实时校准。
在一个实施例中，测量结果的S标准合成不确定度小于10％。
下面将结合一个示例来具体使用图2中所示出的方法200。
S1、按照图1将待测的分子泵连接到测试系统上，并且接通测试系统的电源；
S2、打开第一真空规G1，并打开分子泵冷却水；
S3、启动干泵RP，五分钟后第一真空规G1指示值为50帕。启动分子泵TMP对测试系统进行抽气，并且在抽气十分钟后，当第一真空规G1的指示值为6.8×10-4帕时，打开第二真空规G2、G3，并且将第二和第三真空规G2、G3稳定在一个小时；
S4、维持分子泵对测试罩进行抽气。当三小时后，第一真空规G1的指示值为7.6×10-6帕时，对第二真空规G2(例如磁悬浮系统真空规)设置本底；
S5、打开第二真空阀门V2，使用气源向流量计供气；
S6、打开第一真空阀门V1，待压力稳定后，第二真空规G2的指示值为1.3×10-5帕，使用流量计向测试罩中提供一个0.7ml/min的稳定气体流量。待测试罩压力稳定后，第二真空规G2的读数为3.20E-04帕时，则此真空度的抽速通过公式S＝Q/P计算，得到S＝3880L/s；
S7、逐步增大标准气体流量，改变测试罩内的真空度，使真空度在每个量级分别稳定在3、6、9附近，测试其抽取速度；以及
S8、根据测试结果绘制分子泵抽速曲线。
抽速测试数据如下，并且抽速曲线如图3中所绘出的。
虽然本发明所实施的方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种分子泵抽速的测试系统，该测试系统包括：干泵RP、分子泵TMP、测试罩VC1、第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3、第一真空阀门V1、第二真空阀门V2、流量计FM、气源和真空管道，其中
所述干泵RP通过真空管道与所述分子泵TMP的抽气出口连接，所述分子泵TMP的抽气口与所述测试罩VC1连接；
所述测试罩VC1的测试口与所述分子泵TMP抽气口连接，在所述测试罩VC1同一水平截面有多个接口，其分别与第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3、进气管道连接；
所述第一真空规G1、第二真空规G2、第三真空规G3分别与所述测试罩VC1连接；
所述第一真空阀门V1的一端与所述测试罩VC1连接，另一端通过真空管道与所述流量计FM连接；
所述流量计FM一端通过真空管道与所述第一真空阀门V1连接，另一端通过真空管道与所述第二真空阀门V2连接；
所述第二真空阀门V2一端通过真空管道与所述流量计FM连接，另一端通过真空管道与所述气源连接；
所述气源通过真空管道与所述第二真空阀门V2连接。
2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述第一真空规G1是复合规，其用于监测所述测试罩VC1内压力；所述第二真空规G2和第三真空规G3分别为磁悬浮转子真空规和BA规，用于精确测量所述测试罩VC1内压力，将真空度的测量范围延伸至10-1～10-7帕。
3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述磁悬浮转子真空规的测量真空度范围为10-1～10-4Pa，并且用作参考标准来实时校准所述BA规，以便当采用测量真空度范围为10-4～10-7Pa时的BA规时，减小BA规由于其灵敏度所引入的误差。
4.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，其中所述流量计FM提供标准流量，其抽速的测量范围为0.1L/s～4000L/s，并且流量引入的误差控制在1％～1.5％。
5.一种使用根据权利要求1-4的任意一项所述的测试系统对分子泵抽速进行测试的测试方法，其包括步骤：
S1、将所述待测分子泵连接在所述测试系统上，并将所述测试系统的电源接通；
S2、打开第一真空规G1，并打开所述分子泵的冷却水；
S3、启动干泵RP，待所述第一真空规G1指示值小于100帕后，启动所述分子泵TMP对所述待测分子泵抽气。在抽气十分钟后，在所述第一真空规G1的指示值小于10-3Pa之后，打开所述第二和第三真空规G2、G3，所述第二真空规G2和第三真空规G3需稳定一小时以上；
S4、维持真空泵组对所述测试罩抽气，使真空度达到预想状态，对所述第二真空规设置本底；
S5、打开所述第二真空阀门V2，使用气源向所述流量计供气；
S6、打开所述第一真空阀门V1，待压力稳定后，使用流量计向测试罩中提供一稳定的气体流量。待所述测试罩压力稳定后，读取第二真空规G2或第三真空规G3所指示的真空度P和流量计指示的标准流量Q，则此真空度的抽速通过公式S＝Q/P计算得到；
S7、逐步增大标准气体流量，改变所述测试罩内的真空度，使真空度在每个量级分别稳定在3、6、9附近，测试其抽取速度；以及
S8、根据测试结果绘制所述待测分子泵的抽速曲线。
6.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，测试过程中的温度波动不超过±3℃。
7.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述第二真空规G2是磁悬浮转子真空规，并且所述第三真空规G3是BA规，所述方法进一步包括使用磁悬转子真空规对所述BA规进行实时校准。
8.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，测量结果的S标准合成不确定度小于10％。
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