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真空泵抽速和真空機(jī)組配置的幾個問題

一、泵的抽速定義為在一定的吸入壓力下,單位時間通過泵口被抽除的氣體的體積。一個完正的真空系統(tǒng),不論是為了何種應(yīng)用,都應(yīng)有一個需要抽成真空的容器或室體,一套真空機(jī)組,也可能是一臺真空泵,還有連接管道、閥門、冷阱等。而管道、閥門、冷阱等作為組成真空系統(tǒng)的部件,對氣體的流動都有一定的阻礙作用。反過來說它們對氣體的流動都有一定的通導(dǎo)能力,這種能力稱之為流導(dǎo)。這在氣體的流動中是一個很重要的概念,它的定義為單位壓差下的流量。氣體的自然流動總是從高壓流向低壓,上述任一部件,當(dāng)兩端的壓力分別為P1、P2時,而流過的氣體量為Q,則該部件流導(dǎo)

U=Q/(P1-P2)

不同的真空系統(tǒng)部件的流導(dǎo)可以通過計算、模擬、測量等方法確定,它除了與幾何形狀有關(guān)外,還與氣體的流動狀態(tài)有關(guān)。不同部件的流導(dǎo)是可以進(jìn)行串并聯(lián)的。

根據(jù)真空基本方程,可從數(shù)學(xué)上得到兩個極端的結(jié)果,即當(dāng)流導(dǎo)U非常大時,真空室的有效抽速S0可以近似等于泵的抽速S;當(dāng)泵的抽速S非常大時,或者流導(dǎo)U非常小時,真空室的有效抽速S0近似等于流導(dǎo)U。上述結(jié)果從物理上可能更易理解,從真空室抽氣口抽除的氣體必須經(jīng)過流導(dǎo)U(即管道、閥門等)才能被真空泵抽除,只不過被抽除的氣體從真空室抽氣口向泵口運(yùn)動過程是從高壓向低壓的流動,而從泵口被抽除是從低壓向高壓的基于某種抽氣原理的強(qiáng)制流動。如流導(dǎo)U非常大,即通過它的氣體量不受限制,那么泵的抽氣能力就決定于自身的抽速大小,這與泵口直接與真空室相連接是一樣的。但如果泵的抽速非常大,這也就是相對于泵的抽速流導(dǎo)U非常小,此時泵的實(shí)際抽氣能力并不決定于它的抽速大小而決定于氣體通過流導(dǎo)U的能力,流導(dǎo)的數(shù)值恰為泵的有效抽速S0。

為了盡量發(fā)揮泵的抽氣能力,最大限度的加大流導(dǎo)U是最有效的方法,但往往難于實(shí)現(xiàn)。而一味增大泵的抽速更不切實(shí)際。所以采用晝量大的流導(dǎo)和選用晝量大的抽速的泵就非常值得權(quán)衡。從真空基本方程可以知道,有效抽速S0隨S或U都是單調(diào)遞增的函數(shù)。真空基本方程描述的內(nèi)容并不深奧,但也沒有淺顯到可以作為每個人的常識,所以在不少的應(yīng)用領(lǐng)域,用戶往往忽略流導(dǎo)對泵抽速的限制,而造成真空技術(shù)應(yīng)用的效果大受影響。

二、對于一個沒有漏氣,也沒有放氣的真空系統(tǒng)如真空室體積為V,真空室有效抽速為S0,則隨著抽氣的過程,真空室內(nèi)壓力隨時間遵從如下的變化規(guī)律
以上規(guī)律揭示,每經(jīng)過約的時間,真空室內(nèi)壓力降低一個數(shù)量級,顯然t越小,壓力下降越快,當(dāng)V一定時,有效抽速S0越大,才能越小。

然而沒有一個真空系統(tǒng)是不漏氣,不放氣的,即使真的不漏氣,放氣總是存在的,實(shí)際上(3)式反映的是泵在抽除真空室內(nèi)空間氣體的過程中壓力的變化規(guī)律。當(dāng)壓力較高時,系統(tǒng)的漏氣量和放氣量相對空間的氣體量較小時,其影響可以忽略,可以認(rèn)為近似滿足不漏氣和不放氣的條件,也就是(3)的規(guī)律能近似成立。當(dāng)壓力較低時,系統(tǒng)的漏氣量和放氣量不可忽略甚至成為主要的氣體負(fù)載時,(3)的規(guī)律就要發(fā)生偏離,表現(xiàn)在壓力下降變?yōu)榫徛,一般發(fā)生這一轉(zhuǎn)變的壓力在0.5Pa左右,因此一個真空系統(tǒng)典型的抽氣過程先是壓力下降很快,到某一壓力開始變慢。由于一個合格的真空系統(tǒng)對其漏率有嚴(yán)格的要求,所以放氣是影響系統(tǒng)壓力降低的主要因素,而放氣是一個緩慢的過程,即使采用烘烤等強(qiáng)化措施,要達(dá)到某一預(yù)定的壓力,往往要經(jīng)過很長的時間。

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