CN110508333A - 一种真空实验系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空实验系统及实现方法，本发明实施例设置真空实验系统，该真空实验系统中包括实验腔体及真空单元，真空单元通过实验腔体的气体出口连接到实验腔体中，具体包括机械泵和分子泵，采用抽真空方式及维持真空环境的方式实现实验腔体的高真空环境。因此，本发明实施例构造真空单元，由真空单元对实验腔体的高真空环境进行控制，在不依赖于外部环境的前提下提供真空环境。
Description
技术领域
本发明涉及实验技术领域，特别涉及一种真空实验系统及实现方法。
背景技术
在卫星平台进行的空间实验为各个领域提供了大量的实验数据及实验结果，不同类型的各种实验都在卫星平台进行实施。在卫星平台进行实验的成本很高，包括发射成本、实验能源成本及在空间轨道运行成本等。为了降低研究实验成本，在实验设计和规划方面尽可能遵循低成本及高可靠性的原则，在卫星平台中设置的实验系统尽可能完成多项不同实验，因此，在设置实验系统时，采用专用性实验系统向通用性实验系统靠拢的指导思想，尽可能对设置的实验系统的功能进行拓展。更进一步地，考虑到卫星平台环境的复杂性，所设置的实验系统需要尽可能地避免对外界环境的依赖。
其中，在卫星平台中实现真空实验时，就是在卫星平台中构造一个真空实验系统，提供真空环境以供实验，但是，目前提供的真空实验系统需要依赖于卫星平台中的外部环境，也就是必须依赖于卫星平台提供的一级真空环境，才能得到高真空实验系统，这对构造真空实验系统的应用环境造成了很大的限制。
同样地，在地面上的真空实验系统，也需要依赖外部环境，才能得到高真空实验系统，这对构造真空实验系统的应用环境造成了很大的限制。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种真空实验系统，该系统能够在不依赖于外部环境的前提下提供真空环境。
本发明实施例还提供一种真空实验实现方法，该方法能够在不依赖于外部环境的前提下提供真空环境。
本发明实施例是这样实现的：
一种真空实验系统，包括：所述系统包括实验腔体与真空单元，实验腔体通过气体出口与真空单元连接，其中，真空单元包括：
机械泵、第一电子阀、过滤器及分子泵串联后，接入气体出口；
在对实验腔体形成一级真空时，打开第一电子阀，启动机械泵，实验腔体中的空气分子在机械泵的作用下，通过气体出口及分子泵，经过过滤器的过滤后，通过第一电子阀被抽取到机械泵中，直到实验腔体达到分子泵的启动压力后，启动分子泵，继续抽取实验腔体中的空气分子。
所述实验腔体还接入真空计单元，对实验腔体的真空环境进行监测得到真空值，并显示。
所述实验腔体还接入压力计单元，对实验腔体进行压力监测得到压力值，并显示。
所述真空实验系统应用在卫星平台中。
还包括：气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，其中，
气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
气体回收与复用单元的一端接入真空单元远离实验腔体的一端，另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，途经真空单元回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
所述气体储存与供应单元由充气单向阀、储气瓶、第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀串联组成，其中，
在为实验腔体加压时，关闭充气单向阀，依次打开第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀，使得储气瓶中的气体通过气体入口输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值，依次关闭第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀；
在排出实验腔体的气体时，开启充气单向阀，依次关闭第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀，将气体回收与复用单元从实验腔体途经真空单元回收的气体通过充气单向阀输入到储气瓶中。
所述气体回收与复用单元由升压泵、稳压瓶、及第二电子阀串联组成，其中，
在排出实验腔体的气体时，打开第二电子阀，启动升压泵，空气腔体回收的气体通过气体出口，途经真空单元后依次经过稳压瓶和升压泵后，传输到气体储存与供应单元中；
在为实验腔体加压时，关闭第二电子阀。
一种真空实验实现方法，包括：
设置实验腔体和真空单元，实验腔体的气体出口连接真空单元；
对实验腔体形成一级真空时，在真空单元设置的机械泵作用下，实验腔体中的空气分子被持续从气体出口排出，直到实验腔体的压力达到真空单元设置的分子泵启动压力；
真空单元开启压力泵，继续抽取实验腔体的空气分子，为实验腔体实现高真空环境。
该方法还包括：
真空单元还设置有过滤器，对通过实验腔体与机械泵之间的气道排出的空气分子进行过滤。
该方法还包括：设置气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
气体回收与复用单元的一端接入真空单元远离实验腔体的一端。另一端接入到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
如上所见，本发明实施例设置真空实验系统，该真空实验系统中包括实验腔体及真空单元，真空单元通过实验腔体的气体出口连接到实验腔体中，具体包括机械泵和分子泵，采用抽真空方式及维持真空环境的方式实现实验腔体的高真空环境。因此，本发明实施例构造真空单元，由真空单元对实验腔体的高真空环境进行控制，在不依赖于外部环境的前提下提供真空环境。
附图说明
图1为本发明实施例提供的真空实验系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的真空实验实现方法流程图。
附图标记
101-实验腔体
103-气体储存与供应单元
1031-储气瓶
1032-第一截止阀
1033-减压阀
1034-第二截止阀
1035-第一电磁阀
1036-充气单向阀
1037-第一压力传感器
1038-第二压力传感器
1039-安全阀
104-气体回收与复用单元
1041-升压泵
1042-稳压瓶
1043-第二电子阀
1044-第三压力传感器
102-真空单元
1021-机械泵
1022-第三电子阀
1023-过滤器
1024-分子泵
1025-第四电子阀
1026-机械泵单向阀
1011-真空计单元
1012-压力计单元
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例设置真空实验系统，该真空实验系统中包括实验腔体及真空单元，真空单元通过实验腔体的气体出口连接到实验腔体中，具体包括机械泵和分子泵，采用抽真空方式及维持真空环境的方式实现实验腔体的高真空环境。
因此，本发明实施例构造真空单元，由真空单元对实验腔体的高真空环境进行控制，在不依赖于外部环境的前提下提供真空环境。
本发明实施例设置的真空实验系统可以应用在地面上，也可以应用在卫星平台中实现。无论是应用在卫星平台上还是应用在地面上，都不会依赖于外部环境。以下以应用在卫星平台的真空实验系统如何具体提供真空环境为例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的真空实验系统结构示意图，该真空实验系统可以设置在卫星平台中，也可以设置在地面中，包括：实验腔体101与真空单元102，实验腔体101通过气体出口与真空单元102进行连接，其中，真空单元102包括：
机械泵1021、第一电子阀1022、过滤器1023及分子泵1024进行串联后，接入气体出口；
在对实验腔体101形成一级真空时，打开第一电子阀1022，启动机械泵1021，实验腔体101中的空气分子在机械泵1021的作用下，通过气体出口及分子泵1024后，经过过滤器1023的过滤后，通过第一电子阀1022被抽取到机械泵1021中，直到实验腔体101达到分子泵1024的启动压力后，启动分子泵1024，继续抽取实验腔体101中的空气分子，为实验腔体101实现高真空环境。
在该系统中，所述一级真空环境实际上就是低真空环境。
在该系统中，分子泵1024实际上就是控制实验腔体101中的空气分子定向流动，使得空气分子持续的排出实验腔体101。
在该系统中，实验腔体101还接入真空计单元1011，对实验腔体101的真空环境进行监测得到真空值，并显示。
在该系统中，实验腔体101还接入压力计单元1012，对实验腔体101进行压力监测得到压力值，并显示。
在采用该系统对实验腔体101进行抽真空后，在实验腔体101中就形成了高真空环境，其真空环境的级别是由分子泵1024确定的。
在该系统中，过滤器1023的作用是对从实验腔体101中抽取的空气分子的杂质进行过滤，避免对机械泵1021的损伤。
在该系统中，还包括：气体储存与供应单元103及气体回收与复用单元104，其中，
气体储存与供应单元103通过气体入口连接到实验腔体101中，通过气体入口将气体输入到实验腔体101中，直到实验腔体101的压力达到设定值；
气体回收与复用单元104的一端接入真空单元102远离实验腔体101的一端，另一端接到气体储存与供应单元103，在实验腔体101的实验完成后，途经真空单元102回收实验腔体101的气体，输入到气体储存与供应单元103中储存。
具体地说，气体储存与供应单元103由充气单向阀1036、储气瓶1031、第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035串联组成，其中，
在为实验腔体101加压时，关闭充气单向阀1036，依次打开第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035，使得储气瓶1031中的气体通过气体入口输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值，依次关闭第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035；
在排出实验腔体101的气体时，开启充气单向阀1036，依次关闭第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035，将气体回收与复用单元104从实验腔体101途经真空单元102回收的气体通过充气单向阀1036输入到储气瓶1031中。
在储气瓶1031中的气体可以是实验腔体101进行压力测试的各种类型气体，比如氩气。
在储气瓶1031与第一截止阀1032之间中置有第一压力传感器1037，检测储气瓶1031的压力，压力大时，则开启减压阀1033；在第一截止阀1032与第二截止阀1033之间中置有第二压力传感器1038，检测气体储存与供应单元103中的气道中传输的气体压力，在第二压力传感器1038位置处，还可以置有温度传感器，用于对气体储存与供应单元103中的气道中的气体温度进行检测。
在第一电磁阀1035与气体入口之间置有安全阀1039，用于当气体储存与供应单元103中的气道中传输的气体不安全时，关闭。在安全阀1039处还置有电磁阀，用于控制安全阀的开闭。
气体回收与复用单元104由升压泵1041、稳压瓶1042、第二电子阀1043串联组成，其中，
在排出实验腔体101的气体时，打开第二电子阀1043，启动升压泵1041，实验腔体101回收的气体通过气体出口，途经真空单元102依次经过稳压瓶1042和升压泵1041后，传输到气体储存与供应单元103中；
在为实验腔体101加压时，关闭第二电子阀1043。
在气体回收与复用单元104中，还包括第三压力传感器1044，位于升压泵1041与稳压瓶1042之间，监测升压泵1041与稳压瓶1042之间的压力。
在气体回收与复用单元104中的升压泵1041与充气单向阀1036之间还包括压力传感器和温度传感器，用于对升压泵的压力及温度进行检测。
图2为本发明实施例提供的真空实验方法流程图，其具体步骤为：
步骤201、设置实验腔体和真空单元，实验腔体的气体出口连接真空单元；
在该方法中，所述实验腔体和真空单元构成了真空实验系统，该真空实验系统可以设置在卫星平台中或地面上；
步骤202、在对实验腔体形成一级真空时，在真空单元设置的机械泵作用下，实验腔体中的空气分子被持续从气体出口排出，直到实验腔体的压力达到真空单元设置的分子泵启动压力；
步骤203、真空单元开启压力泵，继续抽取实验腔体的空气分子，为实验腔体实现高真空环境。
在该方法中，真空单元还设置有第一电子阀，控制实验腔体与机械泵之间的气道的开闭。
在该方法中，真空单元还设置有过滤器，对通过实验腔体与机械泵之间的气道排出的空气分子进行过滤。
在该方法中，还对实验腔体进行实时压力监测和真空监测。
在该方法中，在所述高真空环境的实验腔体中进行卫星平台的高真空实验。
该方法还包括：设置气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
气体回收与复用单元的一端接入真空单元远离实验腔体的一端。另一端接入到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
可以看出，本发明实施例为实验腔体提供高真空环境之前，需要形成一级真空环境，也就是低真空环境(采用机械泵抽取的方式形成)，达到分子泵启动的前级真空度后，触发分子泵启动对实验腔体抽高真空，为实验腔体准备高真空环境。
这样，采用本发明实施例提供的系统及方法，就可以实现实验腔体的高真空环境，在实样腔体中进行卫星平台的各种真空实验。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种真空实验系统，其特征在于，包括：所述系统包括实验腔体(101)与真空单元(102)，实验腔体(101)通过气体出口与真空单元(102)连接，其中，真空单元(102)包括：
机械泵(1021)、第一电子阀(1022)、过滤器(1023)及分子泵(1024)串联后，接入气体出口；
在对实验腔体(101)形成一级真空时，打开第一电子阀(1022)，启动机械泵(1021)，实验腔体(101)中的空气分子在机械泵(1021)的作用下，通过气体出口及分子泵(1024)，经过过滤器(1023)的过滤后，通过第一电子阀(1022)被抽取到机械泵(1021)中，直到实验腔体(101)达到分子泵(1024)的启动压力后，启动分子泵(1024)，继续抽取实验腔体(101)中的空气分子。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实验腔体(101)还接入真空计单元(1011)，对实验腔体(101)的真空环境进行监测得到真空值，并显示。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实验腔体(101)还接入压力计单元(1012)，对实验腔体(101)进行压力监测得到压力值，并显示。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述真空实验系统应用在卫星平台中。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：气体储存与供应单元(103)及气体回收与复用单元(104)，其中，
气体储存与供应单元(103)通过气体入口连接到实验腔体(101)中，通过气体入口将气体输入到实验腔体(101)中，直到实验腔体(101)的压力达到设定值；
气体回收与复用单元(104)的一端接入真空单元(102)远离实验腔体(101)的一端，另一端接到气体储存与供应单元(103)，在实验腔体(101)的实验完成后，途经真空单元(102)回收实验腔体(101)的气体，输入到气体储存与供应单元(103)中储存。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气体储存与供应单元(103)由充气单向阀(1036)、储气瓶(1031)、第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)串联组成，其中，
在为实验腔体(101)加压时，关闭充气单向阀(1036)，依次打开第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)，使得储气瓶(1031)中的气体通过气体入口输入到实验腔体(101)中，直到实验腔体(101)的压力达到设定值，依次关闭第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)；
在排出实验腔体(101)的气体时，开启充气单向阀(1036)，依次关闭第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)，将气体回收与复用单元(104)从实验腔体(101)途经真空单元(102)回收的气体通过充气单向阀(1036)输入到储气瓶(1031)中。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气体回收与复用单元(104)由升压泵(1041)、稳压瓶(1042)、及第二电子阀(1043)串联组成，其中，
在排出实验腔体(101)的气体时，打开第二电子阀(1043)，启动升压泵(1041)，空气腔体(101)回收的气体通过气体出口，途经真空单元(102)后依次经过稳压瓶(1042)和升压泵(1041)后，传输到气体储存与供应单元(103)中；
在为实验腔体(101)加压时，关闭第二电子阀(1043)。
8.一种真空实验实现方法，其特征在于，包括：
设置实验腔体和真空单元，实验腔体的气体出口连接真空单元；
对实验腔体形成一级真空时，在真空单元设置的机械泵作用下，实验腔体中的空气分子被持续从气体出口排出，直到实验腔体的压力达到真空单元设置的分子泵启动压力；
真空单元开启压力泵，继续抽取实验腔体的空气分子，为实验腔体实现高真空环境。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
真空单元还设置有过滤器，对通过实验腔体与机械泵之间的气道排出的空气分子进行过滤。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：设置气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
气体回收与复用单元的一端接入真空单元远离实验腔体的一端。另一端接入到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
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|---|---|---|---|---|
| CN117388527A (zh) * | 2023-12-11 | 2024-01-12 | 保定开拓精密仪器制造有限责任公司 | 加速度计气密性检测系统、方法、装置、终端及存储介质 |
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