低溫泵抽氣系統

    低溫抽氣是目前獲得潔凈真空環境的一種快捷而有效的方法。隨著雙級高可靠性小型制冷機的日臻完善，制冷機低溫泵得到迅速發展，已成為獲得潔凈、無污染、抽速大、工作壓力范圍寬、抽氣效率高、結構簡單、使用方便，能長期工作及可任意方向安裝的真空獲得設備。     下圖給出典型的氣氦制冷機低溫抽氣系統的示意圖。該抽氣系統不需要前級泵，僅需要在粗抽過程中開動機械泵進行預抽。它不需要用液氮冷阱來防止低溫泵的返流，但可在真空室內安裝冷阱、水冷障板或室溫障板來屏蔽工作過程中的熱載荷，但是這些障板也會降低系統的總抽速。低溫泵可以用氫蒸氣壓規來監測第二級冷陣的溫度。    

1.壓力安全閥2.高真空閥3.真空室放氣閥4.電離規5.熱傳導規6.粗抽閥7.機械泵放氣閥8.機械泵9.低溫泵預抽閥10.低溫泵沖洗氣體閥

        氦氣制冷機低溫泵真空機組

        低溫泵的抽速大，通常用在不能高溫烘烤除氣的真空系統。從抽氣系統結構來看，低溫泵系統類似于離子泵系統。為了無污染粗抽真空，還可以配接吸附泵。但是這種結合并不適用于抽除大量的惰性氣體，例如氬氣。而且雖然低溫板易抽氣，但當低溫泵需要再生時，會給吸附泵造成困難。由于前級泵只在起始抽氣期間使用，所以污染極少，如果使前級泵工作在粘滯流范圍，即用機械泵粗抽到200Pa，然后再用吸附泵接力抽到1Pa，可進一步減少污染。但是除了額外氣體負載外，低溫泵在200Pa下開始冷卻時會導致可凝結性氣體，例如CO2和水汽，凝結在低溫板上而不是周圍屏蔽板上。在低溫板上涂覆適量活性碳可有效地降低這種凝結效應。因為低溫泵對氫氣的抽速很小，所以低溫泵抽氫氣時應與鈦升華泵結合。低溫泵也可以和其它的超高真空泵，例如離子泵或渦輪分子泵進行組合。

    低溫泵真空系統的操作

    低溫泵抽氣系統不需要前級泵，僅需要粗抽泵，低溫抽氣的真空室在到達切換壓力之前是用粗抽泵進行抽氣的。當達到切換壓力后關掉粗抽閥并打開高真空閥。真空室可在安全的壓力范圍內地被轉換上低溫泵抽氣。如果用機械泵粗抽，則真空室切換到低溫泵抽氣轉換所允許的zui低壓力是由防止機械泵返油的要求決定的。對直徑為4到6cm的粗抽管道來說，zui低壓力約為10到20Pa。對直徑非常大的粗抽管道來說，其切換的zui低壓力值更低；但其數值要大于克努曾數為0.01時的壓力值。zui高切換壓力取決于低溫抽氣表面的幾何形狀和制冷機的制冷量。泵的低溫抽氣表面應具有相當大的熱容量，它們能接納“突發”的氣體而不產生不可逆升溫。在一次氣體突發中導入低溫泵中的zui大氣體量Qi的允許數值可由低溫泵的制造廠家得到，當打開高真空閥時瞬間導入的氣體量可由Qi＝PcV求出，由此可見，zui大切換壓力為

    式中Pc———切換壓力，Pa

    V———真空室容積，m3

    Qi———某一瞬時突發進入低溫泵內的zui大氣體量（例如打開高真空閥時瞬間導入的氣體量）；V為真空室容積。

    對典型的小型制冷機低溫泵，由粗抽轉換到低溫泵抽氣的切換壓力范圍為

    假如由（4）式求得的值低到在切換前就會有機械泵油返流現象的話，那就說明相對于真空室容積尺寸來說低溫泵的抽速太小了。

    由（4）式求得的低溫泵的切換壓力要比擴散泵的高幾個數量級。如果突發產生的氣體很多，則在粘滯流或過渡流時，突發氣體中的水蒸氣就會到達吸附劑處，覆蓋在吸附劑上或使之飽和，從而防礙了對氫氣和氦氣的抽除。在大部分低溫抽氣系統中，切換壓力接近100Pa。為了盡量減少油的返流，是采用盡可能高的并避免吸附劑出現飽和現象的切換壓力。