RU2661493C1 - Method of material spraying speed control in a getter pump and a getter pump device - Google Patents
Method of material spraying speed control in a getter pump and a getter pump device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2661493C1 RU2661493C1 RU2017126531A RU2017126531A RU2661493C1 RU 2661493 C1 RU2661493 C1 RU 2661493C1 RU 2017126531 A RU2017126531 A RU 2017126531A RU 2017126531 A RU2017126531 A RU 2017126531A RU 2661493 C1 RU2661493 C1 RU 2661493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- getter
- ignition
- pressure
- pump
- control unit
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005507 spraying Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000010410 dusting Methods 0.000 claims description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 abstract description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002028 premature Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 12
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010083687 Ion Pumps Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J7/00—Details not provided for in the preceding groups and common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано для получения высокого и сверхвысокого вакуума.The invention relates to vacuum technology and can be used to obtain high and ultrahigh vacuum.
Для получения высокого вакуума, как правило, используется комбинированная откачка. Глубина вакуума получаемого в камере, определяется динамическим равновесием между степенью дегазации поверхности, составляющей объем камеры, величиной натекания из атмосферы и скоростью откачки насоса. Форвакуумная откачка осуществляется, как правило, механическим насосом. Механический насос начинает работать при атмосферном давлении и может снизить давление внутри камеры до значений около 100-1 Па; при таких давлениях приводится в действие следующая высоковакуумная ступень откачки, снижая давление в системе до значений 10-3-10-5 Па. Для получения сверхглубокого вакуума применяется третья ступень откачки с достижением давлений 10-7-10-9 Па и ниже.To obtain a high vacuum, as a rule, combined pumping is used. The vacuum depth obtained in the chamber is determined by the dynamic equilibrium between the degree of degassing of the surface, which is the volume of the chamber, the amount of leakage from the atmosphere, and the pumping speed. Forevacuum pumping is carried out, as a rule, by a mechanical pump. The mechanical pump starts to work at atmospheric pressure and can reduce the pressure inside the chamber to values of about 100-1 Pa; at such pressures, the next high-vacuum pumping stage is activated, reducing the pressure in the system to values of 10 -3 -10 -5 Pa. To obtain an ultra-deep vacuum, the third pumping stage is used with pressures of 10 -7 -10 -9 Pa and lower.
Среди высоковакуумных насосов наиболее известными являются турбомолекулярные насосы. Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на сообщении молекулам разреженного газа направленной дополнительной скорости быстро движущейся твердой поверхностью. Турбомолекулярные насосы обладают следующими достоинствами: быстрый запуск, малая селективность при откачке различных газов, отсутствие паров масла и продуктов его разложения в остаточной атмосфере, возможность получения сверхвысокого вакуума без использования ловушек на входе. Эти насосы представляют собой прецизионные устройства, работающие при высоких скоростях вращения ротора, поэтому они весьма дороги, чувствительны к вибрации и резким повышениям давления на входе. Эти насосы чувствительны к загрязнениям и от попадания в них твердых частиц приходят в негодность. Кроме того, во время работы насоса нежелательно изменение его положения в пространстве, что в совокупности с чувствительностью к вибрации и ударам ограничивает их применение в мобильных устройствах.Among the high-vacuum pumps, the most famous are turbomolecular pumps. The principle of operation of a turbomolecular pump is based on communicating to the molecules of the rarefied gas a directed additional velocity by a rapidly moving solid surface. Turbomolecular pumps have the following advantages: quick start, low selectivity during the evacuation of various gases, the absence of oil vapor and its decomposition products in the residual atmosphere, the ability to obtain ultra-high vacuum without using traps at the inlet. These pumps are precision devices operating at high rotor speeds, so they are very expensive, sensitive to vibrations and sharp increases in pressure at the inlet. These pumps are sensitive to contamination and from the ingress of particulate matter they become unusable. In addition, during the operation of the pump, it is undesirable to change its position in space, which, combined with sensitivity to vibration and shock, limits their use in mobile devices.
Для достижения сверхглубокого вакуума используются также магниторазрядные насосы. Магниторазрядный насос - вакумный ионный насос, принцип действия которого основан на ионизации молекул газа в сильном электрическим поле, которые затем поглощаются материалом катода (титаном) разрядной системы, распыляемом в высоковольтном разряде в магнитном поле. Таким образом, химически активные газы поглощаются пленкой титана, непрерывно наносимой на внутреннюю поверхность корпуса насоса, а откачка инертных газов осуществляется за счет ионизации и последующего внедрения ионов в пленку геттера.Magnetic discharge pumps are also used to achieve ultra-deep vacuum. A magnetic discharge pump is a vacuum ion pump, the principle of which is based on the ionization of gas molecules in a strong electric field, which are then absorbed by the cathode material (titanium) of the discharge system sprayed in a high-voltage discharge in a magnetic field. Thus, chemically active gases are absorbed by a titanium film continuously applied to the inner surface of the pump casing, and inert gases are pumped out due to ionization and subsequent introduction of ions into the getter film.
Предельное нижнее давление магниторазрядных насосов 10-8 - 10-10 Па.The maximum lower pressure of magnetic discharge pumps is 10 -8 - 10 -10 Pa.
Верхний предел рабочих давлений определяется перегревом электродов насоса. При давлениях выше 10-1 Па длительная работа насоса возможна лишь при дополнительном охлаждении его электродов. Медленно распыляемый титан при высоких давлениях в таком насосе сразу отравляется. При давлениях выше 1 Па запуск магниторазрядного насоса также затруднен из-за возникающих пробоев.The upper limit of working pressures is determined by overheating of the pump electrodes. At pressures above 10 -1 Pa, continuous operation of the pump is possible only with additional cooling of its electrodes. Slowly sprayed titanium at high pressures in such a pump is immediately poisoned. At pressures above 1 Pa, starting a magnetic discharge pump is also difficult due to breakdowns.
Наличие загрязнений на электродах насоса, особенно органических, уменьшает быстроту действия насоса и ухудшает предельное давление, поэтому предварительная откачка предпочтительна безмасляными средствами откачки. Нижний предел по давлению безмаслянных форвакуумных насосов порядка 1 Па. Таким образом, магниторазрядный насос не может надежно стартовать сразу после откачки форвакуумным насосом.The presence of contaminants on the pump electrodes, especially organic ones, reduces the speed of the pump and worsens the ultimate pressure; therefore, preliminary pumping is preferred by oil-free pumping means. The lower pressure limit of oil-free fore-vacuum pumps is about 1 Pa. Thus, a magnetic discharge pump cannot start reliably immediately after evacuation by a foreline pump.
Достоинства магниторазрядных насосов:Advantages of magnetic discharge pumps:
1. Чистота.1. Cleanliness.
2. Возможность откачки различных газов, в том числе инертных.2. The ability to pump various gases, including inert ones.
3. Отсутствие вибраций.3. Lack of vibration.
4. Большой срок службы.4. Long service life.
5. Низкое энергопотребление.5. Low power consumption.
Недостатки магниторазрядных насосов:Disadvantages of magnetic discharge pumps:
1. Зависимость скорости откачки от состава удаляемых газов. Разница может составлять несколько порядков.1. The dependence of the pumping rate on the composition of the removed gases. The difference can be several orders of magnitude.
2. Невозможность надежного старта при давлениях выше 1 Па.2. The impossibility of a reliable start at pressures above 1 Pa.
Перечисленные выше недостатки турбомолекулярного насоса отсутствуют у геттерных насосов. Геттерные насосы работают на основе принципа химической сорбции активных газообразных веществ, таких как кислород, азот, водород, вода и оксиды углерода, элементами, изготовленными из геттерных материалов, например, титана. Отдельно в качестве преимущества выступает высокая быстрота откачки по водороду.The disadvantages of the turbomolecular pump listed above are absent in getter pumps. Getter pumps operate on the basis of the principle of chemical sorption of active gaseous substances, such as oxygen, nitrogen, hydrogen, water and carbon oxides, by elements made of getter materials, such as titanium. Separately, the advantage is the high speed of hydrogen pumping.
В литературе встречается понятие «геттерный насос» и «геттерный модуль». Под определением «геттерный модуль» понимается геттерный насос, встраиваемый в объем откачиваемой камеры или другого насоса, а геттерный насос подключается к камере через магистраль. Таким образом геттерный модуль - частный случай геттерного насоса. Существуют несколько типов геттерных насосов.In the literature, the concepts of “getter pump” and “getter module” are found. By the definition of “getter module” is meant a getter pump that is built into the volume of the pumped chamber or another pump, and the getter pump is connected to the chamber through the line. Thus, a getter module is a special case of a getter pump. There are several types of getter pumps.
Первый тип насосов - с нераспыляемым геттером, они, как правило, рассчитаны на высоковакуумные приложения, хотя некоторые варианты могут непродолжительно работать с атмосферы;The first type of pumps is with a non-sprayable getter, they are usually designed for high-vacuum applications, although some options may work briefly from the atmosphere;
Второй тип насосов - с термически распыляемым геттером, все они не имеют возможности плавной регулировки расхода геттера, что ограничивает их возможности по скорости сорбции либо по времени работы. Как правило, они запускаются только с низких давлений, менее 10-2 Па.The second type of pumps is with a thermally sprayed getter; all of them do not have the possibility of smooth adjustment of the getter flow rate, which limits their capabilities in terms of sorption speed or operating time. As a rule, they are launched only from low pressures, less than 10 -2 Pa.
Третий тип геттерных насосов - дуговые, с непрерывным распылением. У этого типа насосов невозможно уменьшить скорость испарения геттерного материала ниже 1-2 мг/с из-за существования минимального тока устойчивого горения дуги, не возможна плавная регулировка расхода геттерного материала.The third type of getter pumps is continuous spray arcs. With this type of pump it is impossible to reduce the evaporation rate of getter material below 1-2 mg / s due to the existence of a minimum current of stable burning of the arc, smooth adjustment of the flow rate of getter material is not possible.
Четвертый тип геттерных насосов - с импульсным дуговым распылением геттера, позволяет в некоторых случаях использовать высокое давление запуска, скорость распыления геттера может регулироваться током дуги, длительностью импульсов и частотой следования импульсов, что позволяет работать в широком диапазоне скоростей распыления геттерного материала. Данный тип геттерного насоса содержит поджигающее устройство, предназначенное для инициации дуги в заданный момент времени в заданной области катода.The fourth type of getter pumps, with pulsed arc spraying of the getter, allows in some cases to use a high start pressure, the getter's spraying speed can be controlled by the arc current, pulse duration and pulse repetition rate, which allows working in a wide range of getter material spraying speeds. This type of getter pump contains a firing device designed to initiate an arc at a given point in time in a given region of the cathode.
Таким образом, все типы геттерных насосов с импульсным дуговым испарением геттера имеют общий недостаток - малый временной ресурс работы из-за высокого расхода геттерного материала и ограниченного ресурса надежной работы поджигающего устройства.Thus, all types of getter pumps with pulsed arc evaporation of getters have a common drawback - a small time resource due to the high consumption of getter material and the limited resource of reliable operation of the firing device.
Целью изобретения является повышение временного ресурса работы геттерного насоса за счет экономии распыляемого вещества. Увеличение срока службы катода из геттерного материала особенно важно при высоких давлениях запуска.The aim of the invention is to increase the temporary resource of the getter pump due to the economy of the sprayed substance. An increase in the service life of a getter cathode is especially important at high starting pressures.
Задача повышения срока службы электродугового испарителя геттера решалась по разному. В авторском свидетельстве «Электродуговой испаритель геттера» (SU 612315 А1, 25.06.1978) предлагаются меры для повышения стойкости системы охлаждения. Но основная проблема - ограниченные возможности по времени работы (из-за быстрого расхода катода из геттерного материала и ограниченности ресурса поджигающего устройства) не решена.The task of increasing the service life of the getter electric arc evaporator was solved in different ways. The copyright certificate “Electric arc getter evaporator” (SU 612315 A1, 06/25/1978) proposes measures to increase the durability of the cooling system. But the main problem is the limited time possibilities (due to the fast consumption of the cathode from the getter material and the limited resource of the firing device) not solved.
Известен геттерный насос, в котором регулируется мощность испарителя в зависимости от газовой нагрузки (SU 502423 А1, 05.02.1976). Недостатком описанной регулировки является узкий диапазон и большая инерционность регулирования т.к. регулируется мощность, подводимая к испарителю, нет возможности быстрой регулировки расхода геттерного материала.A getter pump is known in which the evaporator capacity is regulated depending on the gas load (SU 502423 A1, 02/05/1976). The disadvantage of the described adjustment is a narrow range and a large inertia of regulation since the power supplied to the evaporator is regulated; there is no possibility of quick adjustment of the getter material flow.
В книге Г.Л. Саксаганского «Электрофизические вакуумные насосы» (1988) описан процесс откачки газа в зависимости от рода газа и его потока. Такое управление осуществляется с помощью универсального блока питания, работающего в стационарном или импульсном режиме. Стационарный режим питания реализуется при работе насоса с повышенными газовыми нагрузками в интервале давлений от 10-3 до 5 Па.In the book of G.L. Saksaganskogo "Electrophysical vacuum pumps" (1988) describes the process of pumping gas depending on the type of gas and its flow. Such control is carried out using a universal power supply operating in a stationary or pulsed mode. The stationary power mode is realized when the pump is operating with increased gas loads in the pressure range from 10 -3 to 5 Pa.
Источник геттерной пленки в этом режиме подключен к выпрямителю; номинальный разрядный ток равен 120 А, напряжение холостого хода равно 65 В. Переход к импульсному режиму питания источника от сети переменного тока промышленной частоты осуществляется при давлении откачиваемого газа менее 10-3 Па. Длительность импульсов испарения регулируются в пределах от 0 до 2 секунд, а частота следования от 10-2 до 102 Гц. Управляющий сигнал снимается с релейных выходов блокировочного вакуумметра, что позволяет регулировать средний разрядный ток и скорость испарения геттера в соответствии с газовой нагрузкой.The source of the getter film in this mode is connected to the rectifier; the rated discharge current is 120 A, the open circuit voltage is 65 V. Switching to the pulsed mode of power supply of the source from an alternating current network of industrial frequency is carried out at a pumped gas pressure of less than 10 -3 Pa. The duration of the evaporation pulses is adjustable from 0 to 2 seconds, and the repetition rate from 10 -2 to 10 2 Hz. The control signal is removed from the relay outputs of the blocking vacuum gauge, which makes it possible to control the average discharge current and the getter evaporation rate in accordance with the gas load.
Недостатком описанного способа является тот факт, что управление скоростью испарения геттера осуществляется при давлении откачиваемого газа менее 10-3 Па. При более высоких давлениях, когда идет максимальный расход геттерного материала происходит не регулируемое непрерывное испарение геттера. Сигнал для изменения режима снимается с релейных выходов блокировочного вакуумметра, которых обычно два. Таким образом, в описанном насосе возможно три режима: стационарный режим с непрерывным испарением геттера и два импульсных режима, соответствующие двум релейным выходам вакуумметра, т.е. осуществляется ступенчатая регулировка импульсного режима распыления. Указанные недостатки обуславливают сравнительно невысокое давление запуска, а именно 5 Па, и быстрый расход геттера, особенно в стационарном режиме.The disadvantage of the described method is the fact that the control of the getter evaporation rate is carried out at a pumped gas pressure of less than 10 -3 Pa. At higher pressures, when the maximum consumption of getter material occurs, uncontrolled continuous evaporation of the getter occurs. The signal for changing the mode is removed from the relay outputs of the blocking vacuum gauge, which are usually two. Thus, in the described pump, three modes are possible: stationary mode with continuous evaporation of the getter and two pulse modes corresponding to two relay outputs of the vacuum gauge, i.e. step-by-step adjustment of pulsed spraying mode is carried out. These shortcomings cause a relatively low start pressure, namely 5 Pa, and a fast getter flow rate, especially in stationary mode.
Наиболее близким к заявляемому способу является управление скоростью распыления геттерного материала, описанное в статье «Малогабаритный геттерный насос с дуговым испарителем титана» автор Е.Д. Бендер (1987). В известном способе регулирование скорости распыления осуществляется за счет прерывистого режима работы импульсного дугового испарителя, который обеспечивает блок управления. Регулировка осуществляется следующим образом. Запуск поджигающих импульсов осуществляет генератор запуска, выполненный на транзисторе и синхронизированный с фазой питающей сети, частоту срабатывания поджигающих импульсов задает тактовый генератор, также выполненный на транзисторе. Дуга горит с момента поджига до конца полупериода напряжения питающей сети. Расход геттерного материала регулируется либо изменением числа рабочих полупериодов, т.е. частоты импульсов (в пределах 0,01-5 Гц), либо изменением фазы запуска, т.е. продолжительности импульса (2-8 мс). Управление осуществляется оператором, который руководствуется статистическими данными. Описанный способ управления скоростью распыления позволяет несколько увеличить временной ресурс катода из геттерного материала.Closest to the claimed method is to control the spraying speed of getter material described in the article "Small-sized getter pump with an arc evaporator of titanium" by E.D. Bender (1987). In the known method, the regulation of the spraying speed is due to the intermittent mode of operation of a pulsed arc evaporator, which provides a control unit. The adjustment is as follows. The ignition pulses are triggered by a trigger generator made on the transistor and synchronized with the phase of the mains; the frequency of the ignition pulses is set by the clock generator also performed on the transistor. The arc burns from the moment of ignition to the end of the half-cycle of the supply voltage. The consumption of getter material is controlled either by changing the number of working half-periods, i.e. pulse frequency (within 0.01-5 Hz), or by changing the trigger phase, i.e. pulse duration (2-8 ms). Management is carried out by an operator who is guided by statistics. The described method of controlling the sputtering rate allows to slightly increase the time resource of the getter cathode.
Недостатком описанного способа является невозможность автоматического управления скоростью распыления геттерного материала (титана) и, как следствие, малый временной ресурс работы катода из геттерного материала.The disadvantage of the described method is the inability to automatically control the sputtering speed of the getter material (titanium) and, as a result, the short time resource of the cathode from the getter material.
Проблема состоит в том, что в случае, когда геттерный насос должен поддерживать постоянное рабочее давление в каком-то объеме длительное время, совсем не обязательно выполнять постоянное распыление (разрушение) катода из геттерного материала в течение всего времени работы насоса. Достаточно, чтобы распыление включалось в тот момент, когда давление начинает подниматься, и при достижении требуемого значения давления распыление прекращалось. Такой режим работы приведет значительной экономии расхода распыляемого вещества без ухудшения качества получаемого вакуума.The problem is that in the case when the getter pump must maintain a constant working pressure in a certain volume for a long time, it is not at all necessary to perform continuous atomization (destruction) of the cathode from the getter material during the entire duration of the pump. It is enough that the spraying is switched on at the moment when the pressure begins to rise, and when the desired pressure is reached, the spraying stops. This mode of operation will lead to significant savings in the consumption of the sprayed substance without compromising the quality of the resulting vacuum.
В прототипе невозможно осуществить управление в зависимости от фактического значения давления в данном объеме, поджигающие импульсы включаются согласно заданному оператором режиму, а это, как правило, режим с «запасом», для гарантированного обеспечения требуемого значения рабочего давления. Это приводит к дополнительному (нерациональному) расходу геттерного материала, т.е. распыление геттерного материала происходит и тогда, когда напыленный слой из геттерного материала еще не отравился (не насытился активными газами), и тогда, когда значение давления достигло требуемой величины, что уменьшает временной ресурс работы катода из геттерного материала.In the prototype, it is impossible to control depending on the actual pressure value in a given volume, igniting pulses are turned on according to the mode set by the operator, and this is usually a “margin” mode to guarantee the required value of the working pressure. This leads to an additional (irrational) consumption of getter material, i.e. getter material is sprayed both when the sprayed layer of getter material has not yet poisoned (not saturated with active gases) and when the pressure value has reached the required value, which reduces the working life of the cathode of getter material.
Задача - разработать способ управления скоростью распыления геттерного материала, который позволяет в зависимости от текущего давления в камере изменять скорость распыления геттерного материала, что обеспечит значительное увеличение временного ресурса работы геттерного насоса, без увеличения габаритов устройства, увеличение давления запуска насоса и снижение тепловых нагрузок.The task is to develop a method for controlling the rate of dispersion of getter material, which allows depending on the current pressure in the chamber to change the rate of atomization of getter material, which will provide a significant increase in the time of operation of the getter pump without increasing the dimensions of the device, increasing the pressure of the pump starting and reducing heat loads.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления скоростью распыления материала в геттерном насосе включающем расположение геттерного насоса внутри камеры или подключение его к камере через магистраль, предварительную откачку газа из камеры, подачу блоком питания по сигналу с блока управления импульсов поджига и импульса питания на катод из геттерного материала для формирования дуги, сигнал на включение поджига и подачу питания на катод подается с блока управления после поступления данных с датчика вакуума и их обработки блоком управления, который вычисляет среднее значение давления за период следования импульсов по формулеThis goal is achieved by the fact that in the method of controlling the speed of atomization of the material in the getter pump, the arrangement of the getter pump inside the chamber or connecting it to the chamber through the line, preliminary gas evacuation from the chamber, the power unit supplying an ignition pulse and a power pulse to the cathode by the control unit from getter material for the formation of an arc, a signal to turn on the ignition and supply power to the cathode is supplied from the control unit after the data from the vacuum sensor are received and processed b control eye, which calculates the mean pressure value for the repetition period of the pulses according to the formula
где <P>i - среднее значение давления за период следования импульсов;where <P> i is the average value of pressure for the period of the pulses;
ti - время i-го импульса поджига;t i is the time of the i-th ignition pulse;
j - номер измерения вакуумметра в промежутке между импульсами поджига;j is the measurement number of the vacuum gauge in the interval between ignition pulses;
Т - текущий период следования импульсов;T is the current pulse repetition period;
τ - период считывания данных P(t) с датчика вакуума, причем период считывания меньше периода следования импульсов (τ<Т);τ is the period of reading data P (t) from the vacuum sensor, and the reading period is less than the pulse repetition period (τ <T);
n - количество моментов времени измерения давления сразу после включения импульса дуги, исключаемых из усреднения,n is the number of times of pressure measurement immediately after the inclusion of the arc pulse, excluded from averaging,
и скорость изменения давления по формулеand the rate of change of pressure according to the formula
где Vj - скорость изменения давления в момент j-го измерения.where V j is the rate of change of pressure at the time of the j-th measurement.
Далее вычисляют период следования импульсов по заданным зависимостям, которые рассчитываются исходя из конфигурации насоса, и по полученным значениям корректирует частоту следования импульсов дуги, после достижении заданного значения рабочего давления частота устанавливается в зависимости от заданного режима: насос выключается или переводится в дежурный режим с максимальным периодом следования импульсов (10-60 минут). При этом поддержание и улучшение вакуума может происходить за счет следующей ступени откачки - сверхвысоковакуумного насоса.Next, the pulse repetition period is calculated according to the given dependencies, which are calculated based on the pump configuration, and according to the obtained values, it corrects the pulse repetition rate of the arc pulses, after reaching the set working pressure, the frequency is set depending on the set mode: the pump is turned off or put into standby mode with a maximum period following impulses (10-60 minutes). At the same time, maintenance and improvement of the vacuum can occur due to the next stage of pumping - the ultra-high vacuum pump.
Таким образом, распыление геттера происходит в зависимости от давления в камере: чем выше давление, тем меньше период следования импульсов поджига. В зависимости от выбранного оператором режима работы (рабочее значение давления, значение давления запуска, состояние после достижения минимального значения давления: дежурный режим или полное отключение) распыление геттерного материала автоматически по сигналу с блока управления или прекращается или переводится в дежурный режим.Thus, the getter sputtering depends on the pressure in the chamber: the higher the pressure, the shorter the ignition pulse repetition period. Depending on the operating mode selected by the operator (operating pressure value, start pressure value, state after reaching the minimum pressure value: standby mode or complete shutdown), the getter material is sprayed automatically upon a signal from the control unit or is switched off or put into standby mode.
Увеличение временного ресурса работы геттера происходит за счет экономного расхода геттерного материала, так как распыление материала выполняется не постоянно в течение всего времени работы геттерного насоса, а только в те моменты, когда геттерная пленка почти полностью отравлена и требует обновления. Этот момент времени определяется блоком управления по среднему значению давления <P>i и скорости изменения давления Vj. Качество вакуума и скорость откачки при этом не ухудшаются, а благодаря наличию обратной связи остаются в заданных пределах.The increase in the getter’s working life is due to the economical consumption of the getter material, since the material is not sprayed continuously during the entire time of the getter pump, but only at those moments when the getter film is almost completely poisoned and needs to be updated. This time is determined by the control unit by the average pressure <P> i and the rate of change of pressure V j . In this case, the quality of the vacuum and the pumping speed do not deteriorate, and due to the presence of feedback, they remain within the specified limits.
Такое управление скоростью распыления обеспечивает минимальный расход геттерного материала при максимально возможной скорости откачки.This control of the spraying rate ensures the minimum consumption of getter material at the highest possible pumping speed.
В соответствии с заявленным способом управления, скорость распыления геттерного материала зависит от фактического значения давления в камере, при этом расход геттерного материала значительно сокращается. Это делает возможным более длительное использование геттерного насоса с распыляемым геттером без замены катода из геттерного материала и обеспечивает работоспособность насоса при более высоком давлении.In accordance with the claimed control method, the spraying speed of the getter material depends on the actual pressure in the chamber, while the consumption of getter material is significantly reduced. This makes it possible to use the getter pump with a sprayed getter for a longer time without replacing the cathode of the getter material and ensures the pump performance at a higher pressure.
Давление запуска геттерного насоса при предложенном способе управления скоростью распьикнчя геттерного материала составляет 50-100 Па. Увеличение давления запуска насоса обусловлено следующим. При высоком давлении напыленный слой из геттерного материала быстро насыщается активными газами, при этом частота следования импульсов высокая, напыляемый слой быстро обновляется, идет максимальный расход геттерного материала. Но по мере уменьшения давления блок управления увеличивает период следования поджигающих импульсов, расход (средняя скорость испарения) уменьшается. Если регулировка скорости испарения геттера отсутствует, то запуск при высоком давлении приводит к тому, что геттерный материал должен испаряться очень быстро, т.к. при высоком давлении геттерная пленка отравляется очень быстро и для эффективной работы необходима высокая скорость испарения геттера. Если скорость испарения геттерного материала остается высокой продолжительное время, то катод перегревается и быстро разрушается, если при высоком давлении скорость испарения уменьшить, то скорость откачки будет низкой.The start-up pressure of the getter pump with the proposed method for controlling the speed of the getter material is 50-100 Pa. The increase in pump start pressure is due to the following. At high pressure, the sprayed layer of getter material is quickly saturated with active gases, while the pulse repetition rate is high, the sprayed layer is quickly updated, and the maximum consumption of getter material is observed. But as the pressure decreases, the control unit increases the period of ignition pulses, the flow rate (average evaporation rate) decreases. If there is no adjustment of the getter evaporation rate, then starting at high pressure causes the getter material to evaporate very quickly, because At high pressure, the getter film is poisoned very quickly, and high-speed evaporation of the getter is required for efficient operation. If the evaporation rate of the getter material remains high for a long time, then the cathode overheats and quickly collapses, if the evaporation rate is reduced at high pressure, the pumping speed will be low.
Кроме того, предложенный способ управления скоростью распыления геттерного материала, по сравнению с прототипом, позволяет снизить тепловую нагрузку насоса за счет управления импульсным режимом работы испарителя (катода из геттерного материала). В паузах между импульсами поверхности катода и анода не разогреваются. А скважность импульсов возрастает с уменьшением давления. Такой режим работы позволяет работать насосу без принудительного охлаждения, что приводит к уменьшению габаритов и массы прибора.In addition, the proposed method for controlling the spraying speed of getter material, in comparison with the prototype, allows to reduce the heat load of the pump by controlling the pulse mode of operation of the evaporator (cathode of getter material). In the pauses between pulses, the surfaces of the cathode and anode do not heat up. And the duty cycle of the pulses increases with decreasing pressure. This mode of operation allows the pump to operate without forced cooling, which leads to a decrease in the dimensions and weight of the device.
На чертежах представлено:The drawings show:
Фиг. 1. Устройство для реализации способа управления скоростью распыления геттерного материала в геттерном насосе.FIG. 1. A device for implementing a method of controlling the rate of atomization of a getter material in a getter pump.
Фиг. 2. Зависимость давления от времени в течение нескольких импульсов дуги, где Р - давление, Т - время.FIG. 2. The dependence of pressure on time for several pulses of the arc, where P is the pressure, T is the time.
Вариант устройства для реализации способа управления скоростью распыления геттерного материала в геттерном насосе показан на фиг. 1, где:An embodiment of a device for implementing a method for controlling the spraying speed of getter material in a getter pump is shown in FIG. 1, where:
1 - откачиваемая камера;1 - pumped chamber;
2 - форвакуумный насос (scroll, мембранный, пластинчато-роторный и т.д.);2 - fore-vacuum pump (scroll, diaphragm, rotary vane, etc.);
3 - геттерный насос;3 - getter pump;
4 – вакуумметр;4 - a vacuum gauge;
5 - блок управления, может быть выполнен на программируемом микроконтроллере (например STM32) или дополнительном блоке ЭВМ;5 - control unit, can be performed on a programmable microcontroller (for example, STM32) or an additional computer unit;
6 - блок питания, например построенный по схеме из прототипа;6 - power supply, for example, built according to the scheme of the prototype;
7 - магниторазрядный насос (может отсутствовать);7 - magnetic discharge pump (may be absent);
8 - автоматический клапан.8 - automatic valve.
Исходные данные для реализации способа управления:Initial data for the implementation of the control method:
1. Давление запуска, рабочее значение давления, желаемое состояние геттерного насоса после достижения рабочего давления (отключение насоса или перевод его в дежурный режим, при котором период импульсов поджига составляют 10-60 минут).1. Starting pressure, operating pressure, desired state of the getter pump after reaching the operating pressure (turning off the pump or putting it into standby mode, during which the ignition pulse period is 10-60 minutes).
2. Время импульса дуги, которое определяется средним временем пробега катодного пятна по поверхности катода и зависит от геометрии катода, величины и конфигурации магнитного поля, наличия электростатических экранов и других механизмов управления движением катодного пятна.2. The arc pulse time, which is determined by the average travel time of the cathode spot over the cathode surface and depends on the cathode geometry, magnitude and configuration of the magnetic field, the presence of electrostatic screens and other mechanisms for controlling the movement of the cathode spot.
3. Зависимость времени отравления геттера от текущего (среднего за период следования импульсов) значения давления в геттерном насосе, которая определяется сортом откачиваемого газа и площадью геттерирующей поверхности.3. Dependence of getter poisoning time on the current (average over the pulse repetition period) pressure in the getter pump, which is determined by the type of pumped gas and the area of the getter surface.
4. Конфигурация вакуумной системы - объемы и сечения, которые определяют проводимость вакуумных магистралей и скорость установления равновесных значений вакуума в системе.4. The configuration of the vacuum system - the volumes and cross sections that determine the conductivity of the vacuum lines and the speed of establishing equilibrium values of the vacuum in the system.
Из этих параметров вычисляется оптимальная зависимость периода следования импульсов от текущего (среднего за период следования импульсов) давления в системе, которая закладывается в алгоритм управления. Зависимость периода от давления может быть задана следующими функциями:From these parameters, the optimal dependence of the pulse repetition period on the current (average over the pulse repetition period) pressure in the system, which is embedded in the control algorithm, is calculated. The dependence of the period on pressure can be set by the following functions:
- в диапазоне давлений от 100 до 0,1 Па 
- в диапазоне давлений от 0,1 Па до 10-3 Па 
Согласно изобретению управление скоростью распыления геттерного материала осуществляется следующим образом:According to the invention, the control of the spraying speed of the getter material is as follows:
1. Геттерный насос 3 подключают к откачиваемой камере через магистраль, которая соединена с форвакуумным насосом 2 через клапан отсечения форвакуумного насоса 8. Геттерный насос 3, откачиваемая камера 1 с форвакуумным насосом 2 представляют собой вакуумную систему, которая для получения сверхвысокого вакуума может быть дополнена, например магниторазрядным насосом 7.1. The
2. Оператор дает команду на запуск откачки в вакуумной системе. По этой команде начинается откачка форвакуумным насосом.2. The operator gives a command to start pumping in the vacuum system. At this command, pumping starts with a foreline pump.
3. Вакуумметр 4 измеряет давление в геттерном насосе 3 и передает измеренное значение в блок управления 5.3. The
4. Блок управления 5 сравнивает полученное значение давления с заданным: если оно меньше давления запуска, то блок управления вычисляет по заложенной зависимости (линейной в простейшем случае) период следования импульсов, дает команды источнику питания на подачу напряжения на катод и импульсов поджига на пождигающее устройство с вычисленным периодом.4. The
5. При достижении предельного для форвакуумного насоса 2 значения давления блок управления 5 выдает соответствующий сигнал автоматическому клапану 8, и форвакуумный насос отключается.5. When the pressure limit for the fore-
6. Далее блок управления вычисляет по данным, поступающим с вакуумметра среднее значение давления за период следования импульсов по формуле6. Next, the control unit calculates from the data received from the vacuum gauge the average pressure value for the period of the pulses according to the formula
7. Период следования импульсов поджига вычисляется блоком управления, например, по следующим формулам:7. The sequence of ignition pulses is calculated by the control unit, for example, according to the following formulas:
- в диапазоне давлений от 100 до 0,1 Па
- в диапазоне давлений от 0,1 Па до 10-3 Па
8. При достижении давления, при котором за время следования импульсов скорость действия вакуумметра и его разрешение позволяют получить более пяти различных данных за период следования импульсов поджига, блок управления 5 вычисляет скорость изменения давления по формуле 
Период следования импульсов поджига не должен превышать время насыщения геттерной пленки. При систематическом наблюдении увеличения давления в конце периода, блок управления уменьшает период следования импульсов.The duration of the ignition pulses should not exceed the saturation time of the getter film. With the systematic observation of an increase in pressure at the end of the period, the control unit reduces the pulse repetition period.
Сказанное выше поясняется графиками, приведенными на фиг. 2.The foregoing is illustrated by the graphs shown in FIG. 2.
На фиг. 2 изображены две зависимости давления от времени в течение длительности импульсов питания подаваемых на катод, при этом в обоих случаях среднее значение давления за период не изменяется, но зависимость, обозначенная (*), соответствует слишком большому периоду следования импульсов, есть участки с положительной скоростью изменения давления, в этом случае блок управления уменьшает период, а зависимость, обозначенная (ο), - соответствует отрицательной скорости изменения давления, в этом случае период следования импульсов может быть увеличен.In FIG. Figure 2 shows two dependences of pressure on time during the duration of power pulses supplied to the cathode, while in both cases the average value of pressure for the period does not change, but the dependence indicated by (*) corresponds to too long a pulse repetition period, there are sections with a positive rate of change pressure, in this case the control unit reduces the period, and the dependence indicated by (ο) corresponds to a negative rate of pressure change, in this case the pulse repetition period can be increased.
9. После выхода на рабочее давление (среднее давление за период следования импульсов <P>i, меньше заданного рабочего и скорость изменения давления отрицательная или равная нулю) блок управления 5 отключает блок питания 6 (насос выключен) или включает его с минимальной заданной частотой (геттерный насос переведен в дежурный режим).9. After reaching the operating pressure (the average pressure during the pulse period <P> i , less than the specified operating pressure and the rate of change of pressure is negative or equal to zero), the
10. Далее вакуумметр 4 продолжает измерять давление, измеренное значение передает на блок управления 5. Как только значение давления станет больше заданного рабочего давления (но меньше давления запуска), блок управления 5 включает блок питания 6 и процесс повторяется с пункта (4).10. Next, the
11. В процессе работы геттерного насоса 3 блок управления 5 постоянно вычисляет среднее давление за период следования импульсов <P>i и сравнивает его с заданным давлением запуска, при котором насос не должен работать. Если измеренное давление превышает давление запуска, блок управления отключает геттерный насос.11. During the operation of the
Испытания заявляемого способа управления скоростью распыления материала в геттерном насосе проведено с использованием описанного выше устройства. Испытания показали, что:Tests of the proposed method for controlling the rate of atomization of a material in a getter pump were carried out using the device described above. Tests have shown that:
- сокращение расхода геттерного материала уменьшается по сравнению с прототипом более чем в 2 раза;- reduced consumption of getter material is reduced in comparison with the prototype by more than 2 times;
- давления запуска насоса достигает 100 Па;- pump start pressure reaches 100 Pa;
- геттерный насос, использующий заявляемый способ управления скоростью распыления геттерного материала, не требует принудительного охлаждения. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает способ управления скоростью распыления геттерного материала, в котором сочетается высокое давление запуска насоса, экономный расход геттерного материала и низкие тепловые нагрузки насоса.- getter pump using the inventive method of controlling the spraying speed of the getter material, does not require forced cooling. Thus, the present invention provides a method for controlling the dispersion speed of a getter material, which combines a high pump start pressure, economical getter material consumption and low heat loads of the pump.
Надежность работы геттерного насоса с импульсным распылением геттерного материала определяется в основном надежностью работы поджигающего устройства. В процессе работы насоса надежность срабатывания поджигающего устройства снижается при изменении геометрии испарителя, что приводит к уменьшению надежности и временного ресурса работы насоса.The reliability of the getter pump with pulsed atomization of the getter material is determined mainly by the reliability of the firing device. During the operation of the pump, the reliability of operation of the firing device decreases with a change in the geometry of the evaporator, which leads to a decrease in the reliability and time of operation of the pump.
В литературе описаны поджигающие устройства, в которых предприняты меры по повышению надежности работы геттерных насосов за счет повышения надежности срабатывания поджигающих устройств.The literature describes ignition devices in which measures have been taken to increase the reliability of getter pumps by increasing the reliability of the operation of ignition devices.
В статье «Малогабаритный геттерный насос с дуговым испарителем титана» автор Е.Д. Бендер (1987) описан геттерный насос содержащий анод, катод из геттерного материала, поджигающее устройство, токовводы поджигающего устройства и катода, соединенные с блоком питания, который соединен с блоком управления. В этом насосе использовано усовершенствованное на основе экспериментальных данных поджигающее устройство, повышающее надежность срабатывания при изменении геометрии испарителя.In the article “Small-sized getter pump with an arc evaporator of titanium”, the author E.D. Bender (1987) describes a getter pump containing an anode, a cathode of getter material, an ignition device, current leads of an ignition device and a cathode connected to a power supply unit that is connected to a control unit. This pump uses an ignition device improved on the basis of experimental data, which increases the reliability of operation when the geometry of the evaporator changes.
Усовершенствованное поджигающее устройство повышает надежность работы геттерного насоса, но его ресурс по прежнему ограничен электрической стойкостью используемого материала изолятора. Под электрической стойкостью в данном случае понимается способность изолятора отработать определенное количество импульсов поджига заданной мощности. Максимальное количество импульсов поджига, при котором изолятор сохраняет свои свойства, увеличивается при снижении мощности используемых импульсов поджига.An improved ignition device increases the reliability of the getter pump, but its service life is still limited by the electrical resistance of the insulator material used. In this case, electrical resistance is understood as the ability of an insulator to work out a certain number of ignition pulses of a given power. The maximum number of ignition pulses, at which the insulator retains its properties, increases with a decrease in the power of the ignition pulses used.
Целью заявляемого изобретения является повышение надежности и временного ресурса работы геттерного насоса за счет введения контроля за корректностью работы его поджигающего устройства и, при необходимости, коррекции режима работы поджигающего устройства.The aim of the invention is to increase the reliability and time of operation of the getter pump by introducing control over the correct operation of its firing device and, if necessary, correcting the operating mode of the firing device.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство геттерного насоса, включающее в себя анод, катод из геттерного материала, поджигающее устройство, токовводы поджигающего устройства и катода, соединенные с выходом блока питания, вход которого соединен с выходом блока управления, дополнительно введен вакуумметр, выход которого соединен с входом блока управления, причем вакуумметр установлен в непосредственной близости от катода из геттерного материала и защищен экраном, предотвращающим запыление вакуумметра геттерной пленкой, а блок питания дополнительно содержит выход с сигналом, пропорциональным току дуги и выход с сигналом, пропорциональным току импульса поджига, которые соединены со входом блока управления.This goal is achieved by the fact that in the device of the getter pump, which includes an anode, a cathode of getter material, an ignition device, current leads of the ignition device and the cathode connected to the output of the power supply, the input of which is connected to the output of the control unit, an additional vacuum gauge is introduced, the output of which connected to the input of the control unit, and the vacuum gauge is installed in the immediate vicinity of the getter material cathode and is protected by a screen preventing the vacuum gauge from dusting with the getter film, and the unit The power supply further comprises an output with a signal proportional to the arc current and an output with a signal proportional to the ignition pulse current, which are connected to the input of the control unit.
Мощность импульса поджига должна обеспечивать надежный поджиг дуги, но в то же время не разрушать элементы узла поджига. Это оптимальное значение мощности импульса поджига, которое изменяется в процессе работы насоса. Повышение надежности работы геттерного насоса достигается за счет введения обратной связи путем установки в геттерном насосе вблизи катода вакуумметра, выход которого подключен ко входу блока управления, и обратной связи с выхода блока питания на вход блока управления. По показаниям сигналов вакуумметра и данных с блока питания делается вывод о работе поджигающего узла и коррекция режима его работы в случае необходимости. Повышение временного ресурса геттерного насоса обусловлено использованием оптимальной мощности поджигающего импульса, которая достаточна для возникновения дуги, но не приводит к досрочному разрушению изолятора поджигающего устройства.The power of the ignition pulse should provide reliable ignition of the arc, but at the same time, not destroy the elements of the ignition unit. This is the optimum value of the ignition pulse power, which changes during the operation of the pump. Improving the reliability of the getter pump is achieved by introducing feedback by installing a vacuum gauge in the getter pump near the cathode, the output of which is connected to the input of the control unit, and feedback from the output of the power supply to the input of the control unit. According to the readings of the vacuum gauge signals and data from the power supply, a conclusion is drawn about the operation of the ignition unit and the correction of its operation mode if necessary. The increase in the temporary resource of the getter pump is due to the use of the optimum power of the ignition pulse, which is sufficient for the appearance of an arc, but does not lead to premature destruction of the insulator of the ignition device.
При корректной работе поджигающего узла (дуга формируется с каждым импульсом поджига) вакуумметр фиксирует повышение давлений, а на вход блока управления поступает информация о токе поджига и токе дуги.With the correct operation of the ignition unit (an arc is formed with each ignition pulse), the vacuum gauge detects the increase in pressure, and information about the ignition current and arc current is received at the input of the control unit.
При импульсном электродуговом методе распыления геттерного материала в момент распыления вблизи распыляющего катода происходит выброс газа который регистрируется вакуумметром как повышение давления. Это повышение кратковременное, газ поглощается геттерной пленкой. Если дуга не возникла, но поджиг сработал, то давление также повышается, но это повышение значительно меньше, чем при возникновении дуги. Вакуумметр сможет зарегистрировать повышение давления от срабатывания поджига только в том случае, если он расположен в непосредственной близости от катода, на расстоянии не более 150 мм. Для предотвращения запыления вакуумметра геттерным материалом, он защищается экраном. Этот выброс свидетельствует о корректной работе поджигающего устройства, даже в случае последующего отсутствия дуги.With a pulsed electric arc method of atomizing getter material at the moment of atomization near the atomizing cathode, a gas is released which is recorded by a vacuum gauge as an increase in pressure. This increase is short-term, the gas is absorbed by the getter film. If the arc did not occur, but the ignition worked, then the pressure also rises, but this increase is much less than when the arc occurs. A vacuum meter will be able to detect an increase in pressure from ignition firing only if it is located in the immediate vicinity of the cathode, at a distance of not more than 150 mm. To prevent vacuum gauge dusting with getter material, it is protected by a shield. This surge indicates the correct operation of the ignition device, even in the event of a subsequent absence of an arc.
Если после окончания поджигающего импульса ток дуги не возник, а ток поджига зарегистрирован, но вакуумметр не зарегистрировал небольшого повышения давления, значит поджигающее устройство сработало некорректно. Наиболее распространенная причина такой ситуации - мощности поджигающего импульса не хватает для испарения пленки в поджигающем устройстве. Блок управления выводит информацию об отсутствии дуги и некорректной работе поджига, и оператор (или блок управления) принимает решение о коррекции режима работы поджигающего устройства.If after the end of the ignition pulse the arc current did not occur, and the ignition current was detected, but the vacuum gauge did not register a slight increase in pressure, then the ignition device did not work correctly. The most common reason for this situation is that the ignition pulse power is not enough to evaporate the film in the ignition device. The control unit displays information about the absence of an arc and incorrect operation of the ignition, and the operator (or control unit) makes a decision on the correction of the operating mode of the ignition device.
На фиг. 3 приведено устройство заявляемого геттерного насоса. Насос содержит анод, роль которого выполняет корпус 9, в котором размещен катод из геттерного материала 10, поджигающее устройство 11, токовводы поджигающего устройства 12 и катода 13, соединенные с источником импульсов поджига 14 и источником питания катода 15, которые соединены с блоком управления, включающим в себя микроконтроллер 16, вход которого соединен с вакуумметром 17, через усилитель 18, и человеко-машинный интерфейс 19, содержащий дисплей, кнопки, ручки регулировки и др. для выбора параметров оператором. Вакуумметр защищен экраном 20, 21 - выход источника питания катода с сигналом, пропорциональным току дуги, 22 - выход источника импульсов поджига с сигналом, пропорциональным току импульса поджига.In FIG. 3 shows the device of the inventive getter pump. The pump contains an anode, the role of which is played by a
Катод из геттерного материала представляет собой, например титановый стержень.The getter cathode is, for example, a titanium rod.
Поджигающее устройство описано в прототипе как узел поджига, его конструкция приведена на фиг. 3 прототипа.The firing device is described in the prototype as the firing unit, its design is shown in FIG. 3 prototypes.
В качестве токовводов поджигающего устройства и катода используются, например, изолированные вакуумные токовводы на керамике из Al2O3.As current leads of the ignition device and cathode, for example, insulated vacuum current leads based on Al 2 O 3 ceramic are used.
Блок питания включает в себя:The power supply unit includes:
- источник импульсов поджига. Напряжение импульса поджига порядка 1000 В, ток до 300 А, длительность импульса порядка 300 мкс;- source of ignition pulses. The voltage of the ignition pulse is about 1000 V, the current is up to 300 A, the pulse duration is about 300 μs;
- источник питания катода представляет собой импульсный источник с выходным напряжением 20 В, током 70-400 А и частотой до 10 кГц.- the cathode power supply is a pulsed source with an output voltage of 20 V, a current of 70-400 A and a frequency of up to 10 kHz.
Пример реализации блока питания приведен в статье «Neutral beam dump with cathodic arc titanium gettering» (Review of Scientific Instruments 82 (3), 033509 (2011); doi: 10.1063/1.3545842).An example of a power supply implementation is given in the article “Neutral beam dump with cathodic arc titanium gettering” (Review of Scientific Instruments 82 (3), 033509 (2011); doi: 10.1063 / 1.3545842).
Вакуумметр может содержать датчик микропирани, выполненный по МЕМС технологии, например MGSM 2301 ENDETEC HOMERIDER SYSTEMS. Или комбинацию датчиков микропирани и ионизационного, с холодным или горячим катодом. Важно, чтобы вакуумметр обеспечивал время отклика не более 30 мс в диапазоне давлений 100-0.1 Па.The vacuum gauge may comprise a microprank sensor made according to MEMS technology, for example MGSM 2301 ENDETEC HOMERIDER SYSTEMS. Or a combination of micropyranium and ionization sensors, with a cold or hot cathode. It is important that the vacuum gauge provides a response time of not more than 30 ms in the pressure range 100-0.1 Pa.
Блок управления может быть реализован на основе микроконтроллера, например STM32.The control unit can be implemented on the basis of a microcontroller, for example, STM32.
Заявляемый геттерный насос работает следующим образом.The inventive getter pump operates as follows.
Геттерный насос работает в составе вакуумной системы, в которой обязательно присутствует форвакуумный насос. В процессе работы форвакуумного насоса (на фиг. 3 не показан) вакуумметр 17 постоянно передает измеренное значение давления на вход микроконтроллера 16 блока управления. После достижения в вакуумной системе давления запуска микроконтроллер 16 блока управления подает сигнал источнику питания катода 15 на подачу импульсного напряжения питания на катод 10 (форма сигнала показана на фиг. 3, поз. 24) и сигнал источнику импульсов поджига 14 на подачу импульсов поджига на поджигающее устройство 11 (форма сигнала показана на фиг. 3, поз. 23). Между катодом 10 и анодом, роль которого выполняет корпус 9, формируется дуга. Дуга горит с момента поджига до конца кмпульса питания катода. В момент формирования дуги происходит выброс газа и вакуумметр фиксирует повышение давления, которое передается на вход блока управления. Также на вход блока управления передается информация о величине тока поджига с источника импульсов поджига 14 и тока дуги источника питания катода 15. По этим данным блок управления делает вывод о корректности работы поджигающего устройства. Далее происходит катодное распыление геттерного материала, и на поверхности анода (внутренняя поверхность корпуса 9) формируется пленка из геттера. Если по какой-либо причине дуга не возникла, но поджигающее устройство работает корректно, то вакуумметр 17 зарегистрирует небольшой газовый выброс от работы поджигающего устройства 11, но его уровень будет существенно ниже, чем от работы дуги. В этой ситуации после окончания поджигающего импульса ток дуги не возникает, а ток поджига присутствует и регистрируется микроконтроллером 16 блока управления. Если ток дуги не возник, ток поджига присутствует, а газового выброса от работы поджигающего устройства, характерного для данного диапазона давлений не возникло, значит мощности импульса питания поджига не хватило для испарения пленки на поверхности изолятора. Далее блок управления увеличивает мощность импульса питания поджига в следующем импульсе или, в зависимости от программы, выдает сообщение о характере ошибки и ждет дальнейших действий оператора.The getter pump operates as part of a vacuum system in which a fore-vacuum pump is necessarily present. During operation of the fore-vacuum pump (not shown in FIG. 3), the
После корректного срабатывания поджига и дуги параметры мощности импульса поджига могут быть возвращены к первоначальным или оставаться повышенными, в зависимости от указаний оператора. В работе данного устройства может быть реализован способ управления скоростью распыления геттера, описанный выше.After correct operation of the ignition and the arc, the parameters of the ignition pulse power can be returned to the original or remain elevated, depending on the instructions of the operator. In the operation of this device, a getter spraying speed control method described above can be implemented.
Испытания заявляемого геттерного насоса показали, что обратная связь блока управления с вакуумметром, и с блоком питания, обеспечивает диагностику корректности работы поджигающего устройства и возможность коррекции параметров импульса поджига для увеличения ресурса поджигающего устройства.Tests of the inventive getter pump showed that the feedback of the control unit with the vacuum gauge, and with the power supply, provides diagnostics of the correct operation of the ignition device and the ability to correct the parameters of the ignition pulse to increase the life of the ignition device.
Источники информацииInformation sources
1. А.С. 612315 RU, МПК H01J 41/20. Электродуговой испаритель геттера / Гуревич Л.С.; заявитель Предприятие п/я А-7904. - N 2397429; заявл. 19.08.1976; опубл. 25.06.1978, Бюл. N 23. - С. 168.1. A.S. 612315 RU, IPC H01J 41/20. Getter electric arc evaporator / L. Gurevich; Applicant Enterprise PO Box A-7904. - N 2397429; declared 08/19/1976; publ. 06/25/1978, Bull.
2. А.С. 502423 RU, МПК H01J 41/12. Геттеро-ионный насос / Назаров А.С., Анохин И.Б., Толмачев Л.Б., Бибер В.Л., Касихин А.Д.; заявитель Предприятие п/я А-1614. - N 2035669; заявл. 20.06.1974; опубл. 05.02.1976, Бюл. N 5. - С. 172.2. A.S. 502423 RU, IPC H01J 41/12. Getter-ion pump / Nazarov A.S., Anokhin I.B., Tolmachev L.B., Biber V.L., Kasikhin A.D .; Applicant Enterprise PO Box A-1614. - N 2035669; declared 06/20/1974; publ. 02/05/1976, Bull.
3. Саксаганский Г.Л. Электрофизические вакуумные насосы / Г.Л. Саксаганский. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 171 с.3. Saksagansky G.L. Electrophysical vacuum pumps / G.L. Saksagansky. - M .: Energoatomizdat, 1988 .-- 171 p.
4. Бендер Е.Д. Малогабаритный геттерный насос с дуговым испарителем титана / Е.Д. Бендер // Приборы и техника эксперимента. - 1987. - N 2. - С. 144-146.4. Bender E.D. Small-sized getter pump with an arc evaporator of titanium / E.D. Bender // Instruments and experimental technique. - 1987. -
5. Neutral beam dump with cathodic arc titanium gettering / A.Smirnov, A.S. Krivenko, S.V. Murakhtin, V.Ya. Savkin, S.A. Korepanov, S. Putvinski // Review of Scientific Instruments 82 (3), 033509 (2011); doi: 10.1063/1.3545842. - View online: http://dx.doi.org/10.1063/1.3545842.5. Neutral beam dump with cathodic arc titanium gettering / A.Smirnov, A.S. Krivenko, S.V. Murakhtin, V.Ya. Savkin, S.A. Korepanov, S. Putvinski // Review of Scientific Instruments 82 (3), 033509 (2011); doi: 10.1063 / 1.3545842. - View online: http://dx.doi.org/10.1063/1.3545842.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126531A RU2661493C1 (en) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | Method of material spraying speed control in a getter pump and a getter pump device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126531A RU2661493C1 (en) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | Method of material spraying speed control in a getter pump and a getter pump device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2661493C1 true RU2661493C1 (en) | 2018-07-17 |
Family
ID=62917208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017126531A RU2661493C1 (en) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | Method of material spraying speed control in a getter pump and a getter pump device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2661493C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020240152A1 (en) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | Edwards Limited | A vacuum pumping system having multiple pumps |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2005324C1 (en) * | 1990-11-11 | 1993-12-30 | Ефим Давидович Бендер | Getter-ion pump |
| WO2015150974A1 (en) * | 2014-04-03 | 2015-10-08 | Saes Getters S.P.A. | Getter pump |
-
2017
- 2017-07-24 RU RU2017126531A patent/RU2661493C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2005324C1 (en) * | 1990-11-11 | 1993-12-30 | Ефим Давидович Бендер | Getter-ion pump |
| WO2015150974A1 (en) * | 2014-04-03 | 2015-10-08 | Saes Getters S.P.A. | Getter pump |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Neutral beam dump with cathodic arc titanium gettering / A.Smirnov, A.S. Krivenko, S.V. Murakhtin, V.Ya. Savkin, S.A. Korepanov, S. Putvinski // Review of Scientific Instruments 82 (3), 033509 (2011); doi: 10.1063/1.3545842. - View online: http://dx.doi.org/10.1063/1.3545842. * |
| Бендер Е.Д., Кузнецов Г.Ф., Савкин В.Я. Малогабаритный геттерный насос с дуговым испарителем титана. ПТЗ, 1987, М., 2, с. 144-146. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020240152A1 (en) * | 2019-05-24 | 2020-12-03 | Edwards Limited | A vacuum pumping system having multiple pumps |
| US11815079B2 (en) | 2019-05-24 | 2023-11-14 | Edwards Limited | Vacuum pumping system having multiple pumps |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2314136B1 (en) | Power supply ignition system and method | |
| US11289315B1 (en) | Sputter ion pump with penning-trap current sensor | |
| JP2002263173A (en) | Power system and method for sterilization systems employing low frequency plasma | |
| JP2009109485A (en) | Ultra violet flame sensor with run-on detection | |
| US7429863B2 (en) | Method and apparatus for maintaining emission capabilities of hot cathodes in harsh environments | |
| RU2661493C1 (en) | Method of material spraying speed control in a getter pump and a getter pump device | |
| JP2004154562A (en) | Sterilization system with a plasma generator controlled by a digital signal processor | |
| EP1574115B1 (en) | Lighting unit | |
| EP3719482A3 (en) | Glow plasma stabilisation | |
| EP3295135B1 (en) | Utilizing a quench time to deionize an ultraviolet (uv) sensor tube | |
| US10014164B2 (en) | Ion beam materials processing system with grid short clearing system for gridded ion beam source | |
| JPWO2008133074A1 (en) | Mass spectrometer control method and mass spectrometer | |
| JP4206598B2 (en) | Mass spectrometer | |
| JP4411130B2 (en) | Gas discharge lamp driving apparatus and gas discharge lamp driving method | |
| JP4765657B2 (en) | Volatile organic compound measuring device | |
| US9378932B2 (en) | Device and process for preventing substrate damages in a DBD plasma installation | |
| TW201713169A (en) | Control of power supplied to a plasma torch to compensate for changes at an electrode | |
| RU2010031C1 (en) | Vacuum furnace | |
| US10648857B2 (en) | Ultraviolet flame sensor with programmable sensitivity offset | |
| US3437260A (en) | Vacuum arc gettering pump | |
| US3358910A (en) | Vacuum pump | |
| JPS6340016B2 (en) | ||
| JP2004232944A (en) | Method and device for controlling ultraviolet discharge tube | |
| Sikharulidze et al. | A plasma stopper in a hollow cathode | |
| JPH05266845A (en) | Ion source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190725 |