CN109707612A - 一种离子泵性能测试和优化装置及其测试和优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种离子泵性能测试及优化装置，装置包括：测试室(1)，用于容纳抽气部分(7)，以使抽气部分(7)抽取测试室(1)内气体；第二磁铁(2)，用于为离子泵的抽气部分(7)提供强度可变的磁场；真空计(3)，用于检测测试室(1)内的真空度；阀门(4)，用于控制测试室(1)的进气；计算机(5)，与真空计(3)和第二磁铁(2)连接，用于根据真空计(3)检测的真空度值变化率测试抽气部分的性能，并根据真空度值变化率控制第二磁铁(2)的磁场强度。另一方面本发明还提供了一种离子泵性能测试方法和优化方法，通过本发明可以得出离子泵的性能特性曲线，及最优的磁场强度和电场电压。
Description
技术领域
本发明涉及离子泵设计开发技术领域，尤其涉及一种离子泵性能测试和优化装置及其测试和优化方法。
背景技术
离子泵可满足设备对超高真空度的要求，其具有无振动、无噪音、工作性能稳定且耗电量低等特点，是一种节能环保的常用真空泵，而离子泵抽取气体的速度是评判离子泵性能的关键参数之一，影响离子泵抽取气体速度的因素很多，当前常采用计算模型对离子泵抽取气体速度的因素进行研究，但计算模型是一种理想或假设的状态，往往和实际有较大误差，因此，亟待需要设计一种用于对离子泵进行先测试和优化的装置，以客观的得出离子泵的性能特点及进一步优化建议。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明通过设计一种离子泵性能测试及优化装置及其测试和优化方法，至少解决以上技术问题。
(二)技术方案
本发明一方面提供了一种离子泵性能测试及优化装置，离子泵包括抽气部分7和第一磁铁，离子泵工作时，第一磁铁为所述抽气部分7提供强度固定的磁场，装置包括：测试室1，用于容纳抽气部分7，以使抽气部分7抽取测试室1内气体；第二磁铁2，用于为离子泵的抽气部分7提供强度可变的磁场；真空计3，用于检测测试室1内的真空度；阀门4，用于控制测试室1的进气；计算机5，与真空计3和第二磁铁2连接，用于根据真空计3检测的真空度值变化率测试抽气部分7的性能，并根据真空度值变化率控制第二磁铁2的磁场强度。
可选地，计算机5内预置有计算程序，计算程序用于根据真空度值的变化率计算离子泵抽取气体的速度。
可选地，还包括烘烤套6，用于烘烤测试室1。
另一方面，本发明提供了一种离子泵的性能测试方法，抽气部分7用于产生电场，其特征在于，方法包括：将抽气部分7设于磁场内的测试室1中；开启阀门4向测试室1冲入气体，达到预设真空度后关闭阀门4；设置第二磁铁2的磁场强度为第一磁铁的设计磁场强度；启动抽气部分7抽取测试室内气体，并采用真空计3实时检测测试室1内真空度值，并将真空度值发送至计算机5；
计算机5根据真空度值变化率计算离子泵抽取气体的速度，生成离子泵的真空度-抽取气体速度曲线。
再一方面，本发明提供了一种离子泵的优化方法，用于确定离子泵的第一磁铁部分最优磁场强度，抽气部分7用于产生电场，优化方法包括：将抽气部分7设于测试室1中；开启阀门向测试室1充入气体，达到预设真空度后关闭阀门；将抽气部分7的电场电压设为第一预设值；将真空计3测得的真空度值发送至计算机5，以使计算机5根据真空度值计算抽气部分7抽取气体的速度，根据抽气部分7抽取气体的速度改变第二磁铁2的电流，当计算机5计算得到抽气部分7抽取气体的速度达到最大值时对应的磁场强度即为第一磁铁部分最优的磁场强度。
可选地，根据抽气部分7抽取气体的速度改变第二磁铁2的电流，具体包括：增大第二磁铁2电流，若抽气部分7抽取气体的速度增大，则继续增大第二磁铁2电流，若抽气部分7抽取气体的速度减小，则减小第二磁铁2电流，直至抽气部分7抽取气体的速度达到最大值。
可选地，用于确定离子泵的抽气部分的最优电场电压，优化方法包括：将第二磁铁2的磁场强度设为最优的磁场强度；将真空计3测得的真空度值发送至计算机5，以使计算机5根据真空度值计算抽气部分7抽取气体的速度，根据抽气部分7抽取气体的速度改变抽气部分7的电压，当计算机5计算得到抽气部分7抽取气体的速度达到最大值对应的抽气部分7的电压即为最优的电场电压。
可选地，根据所述抽气部分7抽取气体的速度改变抽气部分7的电压，具体包括：增大抽气部分7的电压，若抽气部分7抽取气体的速度增大，则继续增大抽气部分7的电压，若抽气部分7抽取气体的速度减小，则减小抽气部分7的电压，直至抽气部分7抽取气体的速度达到最大值。
又一方面，本发明提供了一种离子泵的优化方法，改变气体的种类，确定离子泵抽取不同气体时对应的第一磁铁的最优磁场强度以及抽气部分7的最优电压。
又一方面，本发明提供了一种离子泵的优化方法，改变预设真空度，确定离子泵在不同预设真空度下对应的第一磁铁的最优磁场强度以及抽气部分7的最优电压。
(三)有益效果
通过设计一种离子泵性能测试和优化装置及其测试和优化方法，使得利用该装置可以等效替换离子泵中的磁铁部分，当该装置的磁铁部分的磁场强度与离子泵设计的磁场强度相同时可以得出离子泵抽气速度与真空度的关系，当变化磁铁部分电流时可得出当前设计的离子泵的抽气部分配合的最优的磁场强度，当磁场强度固定时可以得出离子泵工作的最优电压，采用相同的方式通过改变抽取的气体种类和预设真空度，得出不同气体和真空度下的离子泵的最优参数匹配值，若没有达到预期目标，可以进一步优化设计。
附图说明
图1示意性示出了本公开实施例的离子泵性能测试及优化装置示意图；
图2示意性示出了本公开实施例的利用图1中装置对离子泵进行性能测试的步骤图；
图3示意性示出了本公开实施例的利用图1中装置对离子泵进行优化的步骤图；
图4示意性示出了本公开实施例的利用图1中装置对离子泵进行优化的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明第一实施例提供了一种离子泵性能测试及优化装置，离子泵包括抽气部分7和第一磁铁，离子泵工作时，第一磁铁为抽气部分7提供强度固定的磁场，装置包括：测试室1，用于容纳抽气部分7，以使抽气部分7抽取测试室1内气体；第二磁铁2，用于为离子泵的抽气部分7提供强度可变的磁场；真空计3，用于检测测试室1内的真空度；阀门4，用于控制测试室1的进气；计算机5，与真空计3和第二磁铁2连接，用于根据真空计3检测的真空度值变化率测试抽气部分7的性能，并根据真空度值变化率控制第二磁铁2的磁场强度。具体介绍如下。
离子泵由抽气部分7及第一磁铁(图中未示出)组成，其中抽气部分7可加高压产生高压电场，第一磁铁产生磁场，在磁场和电场的作用下被抽气体分子电离，并在磁场和电场的作用下将其输送至离子泵的吸附表面而被捕集的一种真空泵。
图1示意性示出了本公开实施例的离子泵性能测试及优化装置，如图1所示，该离子泵性能测试及优化装置，包括测试室1、第二磁铁2、真空计3、阀门4、计算机5以及烘烤套6，其中：测试室1，测试室1的一端位于第二磁铁2组成的磁场中，且位于磁场中的这一端测试室1可以用于容纳离子泵的抽气部分7，使得抽气部分7可以抽取测试室1内的气体；第二磁铁2的磁场可以通过调节电流进行变化，并且可以通过调节电流的方向使得第二磁铁2的磁场方向进行变化，在本装置实施例中用于代替离子泵中的第一磁场为抽气部分7提供磁场；真空计3，真空计3与测试室1连接和计算机5连接，用于测试测试室1内的真空度，并将测试的真空度值发送至计算机5；阀门4，用于向测试室1冲入气体；计算机5，预置有计算程序，该计算程序可以根据接收到的真空度值计算离子泵抽取气体的速度，该计算机5又与第二磁铁2连接，可以控制第二磁铁2的电流进而控制第二磁铁2的磁场强度；烘烤套6，用于加热烘烤测试室1，使测试室1满足抽气部分7对工作条件的温度和干度的需求。
本发明第二实施例提供了一种基于实施例1的性能测试及优化装置的离子泵的性能测试方法，参见图2，方法包括：S201，将抽气部分7设于测试室1中；S202，开启阀门4向所述测试室1冲入气体，达到预设真空度后关闭阀门4；S203，设置第二磁铁2的磁场强度为第一磁铁的设计磁场强度；S204，启动抽气部分抽取测试室1内气体，并采用真空计3实时检测测试室1内真空度值，并将真空度值发送至计算机5；S205，计算机5根据真空度值变化率计算离子泵抽取气体的速度，生成离子泵的真空度-抽取气体速度曲线。具体如下。
S201，将抽气部分7设于测试室1中；
将抽气部分7设于位于磁场中的测试室1的一端，并采用烘烤套6对测试室1进行200℃烘烤，并使抽气部分7产生的电场方向和第二磁铁2产生的磁场方向平行，使得抽气部分7和第二磁铁2组成离子泵，其中，第二磁铁的磁场强度和磁场方向可通过控制电流变化。
S202，开启阀门4向所述测试室1冲入气体，达到预设真空度后关闭阀门4；
当抽气部分7设置好后，通过阀门4向所述测试室1冲入气体，并通过真空计3实时检测测试室1中的真空度值，当达到预设真空度P0后停止充气关闭阀门4。
S203，设置第二磁铁2的磁场强度为第一磁铁的设计磁场强度；
本发明实施例采用等效替换的处理方式，将可改变磁场强度和方向的第二磁铁2替代离子泵中的第一磁铁，并将第二磁铁2的磁场强度设置为离子泵第一磁铁的设计磁场强度，使得第二磁铁2与抽气部分7组成离子泵。
S204，启动抽气部分7抽取测试室1内气体，并采用真空计3实时检测测试室1内真空度值，并将真空度值发送至计算机5；
开启抽气部分7开始抽取测试室1内的气体，真空计实时监测测试室1内的真空度值，将采集到的真空度值实时发送至计算机5；
S205，计算机5根据真空度值变化率计算离子泵抽取气体的速度，生成离子泵的真空度-抽取气体速度曲线。
计算机5内预设有计算程序，计算机5将真空计采集的真空度值输入计算程序中实时计算出抽气部分7的抽气速度，并将当前的真空度值与其计算出来的对应的抽气速度绑定生成真空度-抽取气体速度的曲线，该曲线即为当前离子泵的性能曲线，即完成了离子泵的性能测试。
本发明第三实施例提供了一种基于实施例1的性能测试及优化装置的离子泵的优化方法，参见图3和图4，用于确定离子泵的第一磁铁部分最优磁场强度以及抽气部分7的电场电压，方法包括：S301，将抽气部分7设于所述测试室1中；S302，开启阀门4向测试室1充入气体，达到预设真空度后关闭阀门4；S303，将抽气部分7的电场电压设为第一预设值；S304，将真空计3测得的真空度值发送至5，以使计算机5根据真空度值计算抽气部分7抽取气体的速度，根据抽气部分7抽取气体的速度改变第二磁铁2的电流，当计算机5计算得到抽气部分7抽取气体的速度达到最大值时对应的磁场强度即为第一磁铁部分最优的磁场强度，其中：
S301，将抽气部分7设于所述测试室1中；
将抽气部分7设于位于磁场中的测试室1的一端，并采用烘烤套6对测试室1进行200℃烘烤，并使抽气部分7产生的电场方向和第二磁铁2产生的磁场方向平行，使得抽气部分7和第二磁铁2组成离子泵，其中，第二磁铁的磁场强度和磁场方向可通过控制电流变化。
S302，开启阀门4向测试室1充入气体，达到预设真空度后关闭阀门4；
当抽气部分7设置好后，通过阀门4向所述测试室1冲入气体，并通过真空计3实时检测测试室1中的真空度值，当达到预设真空度P0后停止充气关闭阀门4。
S303，将抽气部分7的电场电压设为第一预设值；
此处采用控制变量法，因此需要将抽气部分7的电压设为固定值，在此处将抽气部分7的电场电压设为固定的第一预设值E0，该第一预设值E0可以为抽气部分7的设计电压。
S304，将真空计3测得的真空度值发送至5，以使计算机5根据真空度值计算抽气部分7抽取气体的速度，根据抽气部分7抽取气体的速度改变第二磁铁2的电流，当计算机5计算得到抽气部分7抽取气体的速度达到最大值时对应的磁场强度即为第一磁铁部分最优的磁场强度。
真空计3将测得的真空度值实时发送至计算机5，计算机5将真空度值输入其内的计算程序中，从而根据真空度的变化率计算出对应的抽气速度，该抽气速度可以在计算机5的可视化界面中显示，可以调节第二磁铁2的电流，增大第二磁铁2电流，若抽气部分7抽取气体的速度增大，则继续增大第二磁铁2电流，若抽气部分7抽取气体的速度减小，则减小第二磁铁2电流，直至抽气部分7抽取气体的速度达到最大值，此时磁铁的磁铁电流对应的磁场强度即是与该抽气部分7配合使用最优的第一磁场强度B0。
确定了最优的第一磁场强度，进一步的确定抽气部分7的电场电压，方法包括：S305，设定第二磁铁2的电压为最优的磁场电压；S306，将真空计3测得的真空度值发送至计算机5，以使计算机5根据真空度值计算抽气部分7抽取气体的速度，根据抽气部分7抽取气体的速度改变抽气部分的电压，当计算机5计算得到抽气部分7抽取气体的速度达到最大值对应的抽气部分7的电压即为最优的电场电压E。具体如下。
S305，设定第二磁铁2的电压为最优的磁场强度；
此处采用控制变量法，需要确定抽气部分7最优的电场电压，因此需要将第二磁铁2的磁场强度设为上述步骤S304确定的最优的磁场强度。
S306，将真空计3测得的真空度值发送至计算机5，以使计算机5根据真空度值计算抽气部分7抽取气体的速度，根据抽气部分7抽取气体的速度改变抽气部分的电压，当计算机5计算得到抽气部分7抽取气体的速度达到最大值对应的抽气部分7的电压即为最优的电场电压。
真空计3将测得的的真空度值实时发送至计算机5，计算机5将真空度值输入其内的计算程序中，从而根据真空度的变化率计算出对应的抽气速度，该抽气速度可以在计算机5的可视化界面中显示，可以调节抽气部分7的电压，增大抽气部分7的电压，若抽气部分7抽取气体的速度增大，则继续增大抽气部分7的电压，若抽气部分7抽取气体的速度减小，则减小抽气部分7的电压，直至抽气部分7抽取气体的速度达到最大值，此时抽气部分7电压即为最优电压。
通过以上步骤即可确定设计好的抽气部分7的最优的工作电压及与其配合使用的第一磁铁的最优的磁场强度。
本发明第四实施例提供了一种离子泵的优化方法，通过改变测试室1中的气体种类，重复步骤S301～S306即可得到离子泵抽取不同气体时对应的第一磁铁的最优磁场强度以及抽气部分7的最优电压。
本发明第五实施例提供了一种离子泵的优化方法，通过改变测试室1中的预设真空度P0，重复步骤S301～S306即可得到离子泵在不同的真空度下对应的第一磁铁的最优磁场强度以及抽气部分7的最优电压。至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。本领域技术人员应当对本公开一种离子泵性能测试和优化装置及其测试和优化方法有了清楚的认识，还需要说明的是，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种离子泵性能测试及优化装置，所述离子泵包括抽气部分(7)和第一磁铁，所述离子泵工作时，所述第一磁铁为所述抽气部分(7)提供强度固定的磁场，其特征在于，所述装置包括：
测试室(1)，用于容纳所述抽气部分(7)，以使所述抽气部分(7)抽取所述测试室(1)内气体；
第二磁铁(2)，用于为所述离子泵的抽气部分(7)提供强度可变的磁场；
真空计(3)，用于检测所述测试室(1)内的真空度；
阀门(4)，用于控制所述测试室(1)的进气；
计算机(5)，与所述真空计(3)和第二磁铁(2)连接，用于根据所述真空计(3)检测的真空度值变化率测试所述抽气部分(7)的性能，并根据所述真空度值变化率控制所述第二磁铁(2)的磁场强度。
2.根据权利要求1所述的性能测试及优化装置，其特征在于，所述计算机(5)内预置有计算程序，所述计算程序用于根据所述真空度值的变化率计算所述抽气部分(7)抽取气体的速度。
3.根据权利要求1或2所述的性能测试及优化装置，其特征在于，还包括烘烤套(6)，用于为烘烤所述测试室(1)。
4.一种根据权利要求1～3任意一项所述的性能测试及优化装置的性能测试方法，所述抽气部分(7)用于产生电场，其特征在于，所述方法包括：
将所述抽气部分(7)设于所述磁场内的测试室(1)中；
开启所述阀门(4)向所述测试室(1)充入气体，达到预设真空度后关闭阀门(4)；
设置所述第二磁铁(2)的磁场强度为所述第一磁铁的设计磁场强度；
启动所述抽气部分(7)抽取所述测试室内气体，并采用所述真空计(3)实时检测所述测试室(1)内真空度值，并将所述真空度值发送至所述计算机(5)；
所述计算机(5)根据所述真空度值变化率计算所述抽气部分(7)抽取气体的速度，生成所述离子泵的真空度-抽取气体速度曲线。
5.一种根据权利要求1～3任意一项所述的性能测试及优化装置的优化方法，用于确定所述离子泵的第一磁铁最优磁场强度，所述抽气部分(7)用于产生电场，所述优化方法包括：
将所述抽气部分(7)设于所述测试室中；
开启所述阀门(4)向所述测试室(1)充入气体，达到预设真空度后关闭阀门(4)；
将所述抽气部分(7)的电场电压设为第一预设值；
将所述真空计(3)测得的真空度值发送至所述计算机(5)，以使所述计算机(5)根据所述真空度值计算所述抽气部分(7)抽取气体的速度，根据所述抽气部分(7)抽取气体的速度改变所述第二磁铁(2)的电流，当所述计算机(5)计算得到抽气部分(7)抽取气体的速度达到最大值时对应的磁场强度即为第一磁铁最优的磁场强度。
6.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，所述根据所述抽气部分(7)抽取气体的速度改变所述第二磁铁(2)的电流，具体包括：
增大所述第二磁铁(2)电流，若所述抽气部分(7)抽取气体的速度增大，则继续增大所述第二磁铁(2)电流，若所述抽气部分(7)抽取气体的速度减小，则减小所述第二磁铁(2)电流，直至所述抽气部分(7)抽取气体的速度达到最大值。
7.根据权利要求5所述性能测试及优化方法，用于确定所述离子泵的抽气部分(7)的最优电场电压，所述优化方法包括：
将所述第二磁铁(2)的磁场强度设为所述最优的磁场强度；
将所述真空计(3)测得的真空度值发送至所述计算机(5)，以使所述计算机(5)根据所述真空度值计算所述抽气部分(7)抽取气体的速度，根据所述抽气部分(7)抽取气体的速度改变所述抽气部分(7)的电压，当所述计算机计算得到抽气部分(7)抽取气体的速度达到最大值对应的所述抽气部分(7)的电压即为最优的电场电压。
8.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，所述根据所述抽气部分(7)抽取气体的速度改变所述抽气部分(7)的电压，具体包括：
增大所述抽气部分(7)的电压，若所述抽气部分(7)抽取气体的速度增大，则继续增大所述抽气部分(7)的电压，若所述抽气部分(7)抽取气体的速度减小，则减小所述抽气部分(7)的电压，直至所述抽气部分(7)抽取气体的速度达到最大值。
9.根据权利要求5～8中任意一项所述的优化方法，其特征在于，改变所述气体的种类，确定所述离子泵抽取不同气体时对应的第一磁铁的最优磁场强度以及抽气部分(7)的最优电压。
10.根据权利要求5～8中任意一项所述的优化方法，其特征在于，改变所述预设真空度，确定所述离子泵在不同预设真空度下对应的第一磁铁的最优磁场强度以及抽气部分(7)的最优电压。
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