CN113944610A - 一种高温高真空除气设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温高真空除气设备和方法，通过安装在真空密封腔内的铠装加热器，温度传感器和温控器的配合对产品进行加热和保温，实现恒温控制，提高了加热效率，保证除气效果的一致性；利用分子泵和机械泵组合工作，实现对产品的高真空除气，同时对管路进行了设计，使分子泵和机械泵进行串联或隔离，提高了除气效率、灵活性和稳定性。本发明通过对高真空密封腔体内的温度控制和高真空环境的保证，实现在恒温环境下的高真空除气，从而达到提升产品生产质量、生产效率和使用寿命的目的。

Description

一种高温高真空除气设备及方法
技术领域
本发明属于高真空除气技术，尤其涉及一种对精密零组件或产品的高温高真空除气设备及方法。
背景技术
在精密仪器仪表领域或对产品气体挥发性要求较高的领域，需要对部分零组件或元器件进行高真空除气，高温高真空除气主要有以下几个方面的作用：(1)提供洁净工作环境，保证精密元件工作的可靠性和耐久性，防止挥发多余物污染影响元器件工作性能的稳定性；(2)提前将产品内部的有害气体通过高温高真空抽取出来，避免在后续使用过程中挥发，污染环境，产品难闻的气体或损害人体健康；(3)尤其是对于部分非金属材料或采用胶粘剂的产品，在使用前先进行高温高真空除气处理，可有效减少后期使用过程中的有害气体挥发污染运行环境或使用环境，保证产品可靠性。高真空除气设备是高精度仪器仪表生产过程中的一种必要设备，对控制产品生产工艺过程、提高产品生产质量和使用寿命具有重要作用。
传统的充气方法是，直接将零组件或元器件放入真空干燥箱中进行抽真空和加热处理，然后冷却至常温后放入空气，取出零组件。该方法的真空度较低，除气效率低下，且部分微量的挥发缓慢的气体无法排出零件表面。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种高温高真空除气设备和方法，通过对高真空密封腔体内的温度控制和高真空环境的保证，实现在恒温环境下的高真空除气，从而达到提升产品生产质量、生产效率和使用寿命的目的。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种高温高真空除气设备，包括真空密封腔、载物台、铠装加热器、分子泵、干式机械泵，真空度监测元件，温度传感器，放气机构，主管路，低真空管路和高真空管路；
所述载物台、铠装加热器和温度传感器设于真空密封腔内部，铠装加热器位于载物台周围，温度传感器固定安装于载物台上；
所述真空密封腔通过主管路和低真空管路与干式机械泵连接，或通过主管路和高真空管路依次与分子泵和干式机械泵连接；
真空度监测元件用于监测真空密封腔内的真空度；放气机构通过主管路与真空密封腔连接，将外界空气通入真空密封腔。
进一步的，所述低真空管路包括第一管路和第四管路，所述高真空管路包括第二管路，第三管路和第四管路；
真空密封腔依次通过主管路，第一管路和第四管路与干式机械泵连接；真空密封腔依次通过主管路和第二管路连接分子泵，分子泵依次通过第三管路和第四管路与干式机械泵连接。
进一步的，所述第一管路，第二管路，第三管路和第四管路上分别设有旁抽阀，插板阀，前级阀和隔断放气阀。
进一步的，所述真空度监测元件包括设于主管路上的第一电阻规和电离规，以及设于第三管路上的第二电阻规。
进一步的，所述放气机构包括空气过滤器和放气管路，所述空气过滤器通过放气管路与主管路连接，将外部空气过滤后送入真空密封腔；放气管路设有放气阀。
进一步的，所述空气过滤器为多个且并联设置。
进一步的，所述高温高真空除气设备还包括隔热屏，温控器和主机箱；
所述隔热屏设于铠装加热器外侧且位于真空密封腔内，用于防止热量向外扩散；
所述温控器设于真空密封腔外部，分别通过铠装加热器引线和温度传感器引线与铠装加热器和温度传感器连接，温控器根据由温度传感器输入的温度信号对铠装加热器进行控制，进而控制真空密封腔内的温度；
分子泵，干式机械泵，真空度监测元件，放气机构，主管路，低真空管路和高真空管路置于主机箱内，主机箱用于保护所述部件。
进一步的，铠装加热器由内筒、加热丝及外筒组成，内筒和外筒均为不锈钢圆柱筒，加热丝盘绕在内筒外侧，外筒设于加热丝外侧；
真空密封腔体内侧设有导轨，外筒可沿所述导轨滑动，载物台与内筒内侧焊接，外筒沿所述导轨滑动带动载物台拉出，用于放取待除气产品。
一种高温高真空除气方法，采用上述一种高温高真空除气设备实现，包括以下步骤：
步骤S1待除气产品安装到载物台上，并确认铠装加热器，放气机构，主管路，低真空管路和高真空管路处于关闭状态；
步骤S2开启铠装加热器，使真空密封腔内温度达到预定温度并保温半小时以上；
步骤S3开启主管路和低真空管路，使干式机械泵对真空密封腔抽真空至第一预定真空度，关闭主管路，低真空管路和干式机械泵；
步骤S4开启主管路和高真空管路，使分子泵和干式机械泵对真空密封腔抽真空至第二预定真空度后，关闭主管路，高真空管路，分子泵和干式机械泵，进行保温保压；
步骤S5关闭铠装加热器，使真空密封腔冷却至室温后，打开放气机构，使外部空气进入真空密封腔直至与外部环境气压相等；
步骤S6从真空密封腔内取出待除气产品。
进一步的，一种高温高真空除气方法，所述步骤S2中，预定温度为80℃～100℃；所述S3中，第一预定真空度为15pa～25pa；
进一步的，所述步骤S4中，第二预定真空度大于第一预定真空度；
进一步的，所述第二预定真空度为1E-4pa～1E-3pa。
进一步的，一种高温高真空除气方法，所述低真空管路包括第一管路和第四管路，所述高真空管路包括第二管路，第三管路和第四管路；
真空密封腔依次通过主管路，第一管路和第四管路与干式机械泵连接；真空密封腔依次通过主管路和第二管路连接分子泵，分子泵依次通过第三管路和第四管路与干式机械泵连接；所述第一管路，第二管路，第三管路和第四管路上分别设有旁抽阀，插板阀，前级阀和隔断放气阀；
所述步骤S4中，开启主管路和高真空管路，使分子泵和干式机械泵对真空密封腔抽真空至第二预定真空度后，依次关闭插板阀、分子泵、干式机械泵、前级阀和隔断放气阀，进行保温保压。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明一种高温高真空除气设备和方法中，通过安装在真空密封腔内的铠装加热器，温度传感器和温控器的配合对产品进行加热和保温，实现恒温控制，提高了加热效率，保证除气效果的一致性。
(2)本发明一种高温高真空除气设备和方法，利用分子泵和机械泵组合工作，实现对产品的高真空除气，真空度可达1E-4pa～1E-3pa。
(3)本发明一种高温高真空除气设备，设置了高真空和低真空两条管路，使分子泵和机械泵进行串联或隔离；本发明高温高真空除气方法中，先利用机械泵使真空密封腔达到低真空度，再利用分子泵和机械泵使真空密封腔达到高真空度，提高了除气效率、灵活性和稳定性，同时避免了对高抽吸能力抽气设备的损耗；
(4)本发明可应用于航空航天、精密仪表及民用产品等领域，为对挥发性要求较高的结构件的除气工艺过程提供一种有效的工艺设备和基于上述设备实现的一种全新的除气方法，特别适用于对精密仪器或仪表的零组件进行除气，解决了精密仪器仪表除气效率低、工艺过程不稳定等问题，确保在精密仪表后期使用过程中运行环境气体成分稳定、气压稳定，从而提高产品生产质量、生产效率和使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种高温高真空除气设备的结构图；
图2为本发明一种高温高真空除气方法的流程图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
图1是本发明一种高温高真空除气设备的结构图，该高温高真空除气设备可适用于需要对精密仪器或仪表零组件和元器件进行除气的情况。如图1所示，本实施例提供的一种高温高真空除气设备，包括真空密封腔1，合页门2，隔热屏3，载物台4，铠装加热器5，内支撑座6，外支撑座7，主机箱8，第一电阻规10，电离规9，分子泵12，第二电阻规13，前级阀14，干式机械泵15，隔断放气阀16，旁抽阀17，放气阀18，主管道20，空气过滤器19，温度传感器，和温控器；温控器分别通过铠装加热器引线22和温度传感器引线21与铠装加热器5和温度传感器连接；第一电阻规10，电离规9，以及第二电阻规13为本发明的真空度监测元件。
所述真空密封腔1内由内向外分别安装载物台4、铠装加热器5和隔热屏3，载物台4用于放置待除气产品，铠装加热器5通过热辐射方式对产品进行加热和保温，可选的，铠装加热器5由内筒、加热丝及外筒组成，内筒和外筒均为不锈钢圆柱筒，加热丝盘绕在内容外侧，加热丝外侧再加一层外筒，起到反射隔热功能；外筒与真空密封腔1体内侧导轨连接，内筒直接焊接托盘支架，避免污染物扩散，便于清洗。
所述铠装加热器5外侧安装隔热屏3，防止热量向外扩散，避免热量损失，减少功率损耗；优选的，所述隔热屏3为组合式隔热屏。
所述温度传感器安装在载物台4下表面，温度传感器的引线21和铠装加热器5的引线22分别通过密封插座连接至外接温控器，实现对加热温度的反馈控制；
真空密封腔1通过主管路20和低真空管路与干式机械泵15连接，或通过主管路20和高真空管路依次与分子泵12和干式机械泵15连接；放气机构包括放气阀18，放气管路和空气过滤器19，通过主管路20与真空密封腔1连接，将外界空气通入真空密封腔1。
低真空管路包括第一管路和第四管路，所述高真空管路包括第二管路，第三管路和第四管路；真空密封腔1依次通过主管路20，第一管路和第四管路与干式机械泵15连接；真空密封腔1依次通过主管路20和第二管路连接分子泵12，分子泵12依次通过第三管路和第四管路与干式机械泵15连接。
第一管路，第二管路，第三管路和第四管路上分别设有旁抽阀17，插板阀11，前级阀14和隔断放气阀16。
也就是说，真空密封腔1通过主管道20和高真空管路连接至主机箱8内安装的分子泵12和干式机械泵15，真空密封腔1与分子泵12之间的第二管路上安装插板阀11控制通断，分子泵12与干式机械泵15之间的第三管路和第四管路上安装前级阀14与隔断放气阀16；
所述前级阀14与隔断放气阀16之间引出一条第一管道通过旁抽阀17与真空密封腔1引出的主管道20相连接；真空密封腔1引出的主管道20通过放气阀18与空气过滤器19相连接，避免放气过程中空气中的多余物进入除气产品内部污染零件；
所述主管道20上安装第一电阻规10和电离规9，分子泵12与前级阀14之间的第三管路上安装电阻规13。
可选的，所述空气过滤器19为多个且并联设置，主要根据放气速度要求和过滤器规格的空气流量来设计。如图1所示，本实施例中，采用2个空气过滤器并联。
可选的，所述真空抽气装置包括依次管路相连的干式机械泵15、隔断放气阀16、前级阀14、分子泵12、以及插板阀11；所述分子泵12与所述前级阀14之间设置有第二电阻规13；所述分子泵12的气体抽吸能力强于所述干式机械泵15；所述干式机械泵15抽气时可避免常规机械泵产生的油雾进入所述抽放气总管路。
所述干式机械泵15单独接入抽放气管路，即主管路20和低真空管路开启，高真空管路关闭时，对所述真空密封腔1进行低真空抽气；所述干式机械泵15和所述分子泵12同时接入抽放气管路时，即主管路20和高真空管路开启，低真空管路关闭时对真空密封腔1进行高真空抽气；具体的说，低真空管路中，通过设置旁抽管路即第一管路隔离了高真空管路中所连接的分子泵12，第一管路上设置有所述旁抽阀17，所述旁抽阀17用于控制所述旁抽管路即第一管路的通断。具体的，当旁抽阀17和隔断放气阀16打开，前级阀14和插板阀11关闭时，分子泵12即被隔离。
当所述第一电阻规10监测到的真空度达到第一预定真空度时，通过控制所述旁抽阀17、所述前级阀14和插板阀11的通断，以实现低真空抽气向高真空抽气的过渡；当所述旁抽阀17和隔断放气阀16打开，且所述前级阀14和插板阀11关闭时，所述干式机械泵15连接总管路20，以对所述真空密封腔1进行低真空抽气；当所述旁抽阀17关闭，且所述隔断放气阀16、前级阀14和插板阀11打开时，所述干式机械泵15和所述分子泵12同时连接总管路20，以对所述真空密封腔1进行高真空抽气。
图2所示为利用本发明提供的高温高真空除气设备对待除气产品进行高温高真空除气的方法流程图。参考图2，利用本发明提供的高温高真空除气设备对待除气产品进行除气，包括如下步骤：
步骤一、对真空密封腔1、以及载物台4进行清理后，将待除气产品安装到所述载物台4上，盖上合页门2，并确认所有阀门处于关闭状态，空气过滤器19，铠装加热器5，放气管路处于关闭状态；
步骤二、打开温控器和铠装加热器5，当温度达到预定温度后，保温半小时以上；
步骤三、开启主管路20和低真空管路，利用干式机械泵15对所述真空密封腔1进行抽气，直至真空密封腔1的真空度达到第一预定真空度，关闭主管路20，低真空管路和干式机械泵15；
步骤四、开启主管路20和高真空管路，使分子泵12和干式机械泵15对真空密封腔1抽真空至第二预定真空度即达到除气要求真空度后，关闭主管路20，高真空管路，分子泵12和干式机械泵15，抽气过程结束；关闭主管路20，高真空管路，分子泵12和干式机械泵15的具体顺序为，按顺序先后关闭插板阀11、分子泵12、干式机械泵15、前级阀14和隔断放气阀16；
步骤五、对真空密封腔1进行保温保压，达到要求的除气时间后，关闭铠装加热器5，待温度降至常温后，打开放气管路上的放气阀18，对所述真空密封腔1的放气过程结束；
步骤六、打开合页门2，取出待除气产品，关闭总电源，完成除气流程。
本发明提出了一种高温高真空除气设备，可用于对精密仪器或仪表的零组件进行高温除气，解决了精密仪器仪表除气效率低、除气不彻底、及工艺过程不稳定等问题，实现了精密仪表气体挥发量降低，从而提高产品生产质量、效率和使用寿命的目的。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种高温高真空除气设备，其特征在于，包括真空密封腔(1)、载物台(4)、铠装加热器(5)、分子泵(12)、干式机械泵(15)，真空度监测元件，温度传感器，放气机构，主管路(20)，低真空管路和高真空管路；
所述载物台(4)、铠装加热器(5)和温度传感器设于真空密封腔(1)内部，铠装加热器(5)位于载物台(4)周围，温度传感器固定安装于载物台(4)上；
所述真空密封腔(1)通过主管路(20)和低真空管路与干式机械泵(15)连接，或通过主管路(20)和高真空管路依次与分子泵(12)和干式机械泵(15)连接；
真空度监测元件用于监测真空密封腔(1)内的真空度；放气机构通过主管路(20)与真空密封腔(1)连接，将外界空气通入真空密封腔(1)。
2.根据权利要求1所述的一种高温高真空除气设备，其特征在于，所述低真空管路包括第一管路和第四管路，所述高真空管路包括第二管路，第三管路和第四管路；
真空密封腔(1)依次通过主管路(20)，第一管路和第四管路与干式机械泵(15)连接；真空密封腔(1)依次通过主管路(20)和第二管路连接分子泵(12)，分子泵(12)依次通过第三管路和第四管路与干式机械泵(15)连接。
3.根据权利要求2所述的一种高温高真空除气设备，其特征在于，所述第一管路，第二管路，第三管路和第四管路上分别设有旁抽阀(17)，插板阀(11)，前级阀(14)和隔断放气阀(16)。
4.根据权利要求2所述的一种高温高真空除气设备，其特征在于，所述真空度监测元件包括设于主管路(20)上的第一电阻规(10)和电离规(9)，以及设于第三管路上的第二电阻规(13)。
5.根据权利要求1所述的一种高温高真空除气设备，其特征在于，所述放气机构包括空气过滤器(19)和放气管路，所述空气过滤器(19)通过放气管路与主管路(20)连接，将外部空气过滤后送入真空密封腔(1)；放气管路设有放气阀(18)。
6.根据权利要求5所述的一种高温高真空除气设备，其特征在于，所述空气过滤器(19)为多个且并联设置。
7.根据权利要求1所述的一种高温高真空除气设备，其特征在于，所述高温高真空除气设备还包括隔热屏(3)，温控器和主机箱(8)；
所述隔热屏(3)设于铠装加热器(5)外侧且位于真空密封腔(1)内，用于防止热量向外扩散；
所述温控器设于真空密封腔(1)外部，分别通过铠装加热器引线(22)和温度传感器引线(21)与铠装加热器(5)和温度传感器连接，温控器根据由温度传感器输入的温度信号对铠装加热器(5)进行控制，进而控制真空密封腔(1)内的温度；
分子泵(12)，干式机械泵(15)，真空度监测元件，放气机构，主管路(20)，低真空管路和高真空管路置于主机箱(8)内，主机箱(8)用于保护所述部件。
8.根据权利要求1所述的一种高温高真空除气设备，其特征在于，铠装加热器(5)由内筒、加热丝及外筒组成，内筒和外筒均为不锈钢圆柱筒，加热丝盘绕在内筒外侧，外筒设于加热丝外侧；
真空密封腔体(1)内侧设有导轨，外筒可沿所述导轨滑动，载物台(4)与内筒内侧焊接，外筒沿所述导轨滑动带动载物台(4)拉出，用于放取待除气产品。
9.一种高温高真空除气方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的一种高温高真空除气设备实现，包括以下步骤：
步骤S1待除气产品安装到载物台(4)上，并确认铠装加热器(5)，放气机构，主管路(20)，低真空管路和高真空管路处于关闭状态；
步骤S2开启铠装加热器(5)，使真空密封腔(1)内温度达到预定温度并保温半小时以上；
步骤S3开启主管路(20)和低真空管路，使干式机械泵(15)对真空密封腔(1)抽真空至第一预定真空度，关闭主管路(20)，低真空管路和干式机械泵(15)；
步骤S4开启主管路(20)和高真空管路，使分子泵(12)和干式机械泵(15)对真空密封腔(1)抽真空至第二预定真空度后，关闭主管路(20)，高真空管路，分子泵(12)和干式机械泵(15)，进行保温保压；
步骤S5关闭铠装加热器(5)，使真空密封腔(1)冷却至室温后，打开放气机构，使外部空气进入真空密封腔(1)直至与外部环境气压相等；
步骤S6从真空密封腔(1)内取出待除气产品。
10.根据权利要求9所述的一种高温高真空除气方法，其特征在于，所述步骤S2中，预定温度为80℃～100℃；所述S3中，第一预定真空度为15pa～25pa；所述步骤S4中，第二预定真空度大于第一预定真空度；所述第二预定真空度为1E-4pa～1E-3pa。
11.根据权利要求9所述的一种高温高真空除气方法，其特征在于，所述低真空管路包括第一管路和第四管路，所述高真空管路包括第二管路，第三管路和第四管路；
真空密封腔(1)依次通过主管路(20)，第一管路和第四管路与干式机械泵(15)连接；真空密封腔(1)依次通过主管路(20)和第二管路连接分子泵(12)，分子泵(12)依次通过第三管路和第四管路与干式机械泵(15)连接；所述第一管路，第二管路，第三管路和第四管路上分别设有旁抽阀(17)，插板阀(11)，前级阀(14)和隔断放气阀(16)；
所述步骤S4中，开启主管路(20)和高真空管路，使分子泵(12)和干式机械泵(15)对真空密封腔(1)抽真空至第二预定真空度后，依次关闭插板阀(11)、分子泵(12)、干式机械泵(15)、前级阀(14)和隔断放气阀(16)，进行保温保压。
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