研究真空系统在空/负载下的性能表现

在完成系统的烘烤处理后,为进一步研究该真空系统的性能,分别在空载(除去内部夹具、MCP、荧光屏)以及负载(正常工作)情况下进行了抽真空实验,该实验在室温(23℃)条件下进行,图1.67为空/负载情况下真空度随时间变化曲线。

图1.67　空/负载真空度随时间变化曲线

从图1.67中可以看出,抽真空初始阶段两条曲线并没有明显差别,这是由于该曲线图坐标选取间距较大造成的,图1.69将给出详细分析。在初始阶段对比空/负载曲线可知,负载情况下所能达到的真空度明显低于空载状态。在系统漏率一定的情况下,这是由于夹具、MCP、荧光屏以及接线表面虽然经过烘烤除气但仍吸附一定气体所致。可以看出,在150min后两曲线基本呈现一种平行的态势,其值差距稳定在1.45×10-4 Pa左右,这正是系统稳定后负载给系统真空度带来的影响。为准确评价该系统负载对抽真空带来的影响,假定在某一时刻,V1为空载时的真空度,V2为负载时的真空度,定义K为负载对系统工作真空度的影响因子,其表达式定义为

式(1.79)中:为负载对真空度造成的绝对数值影响。

与V2的比值即可合理表示负载对系统正常工作时真空度的影响程度。通过对实时记录的空/负载情况下真空度随时间变化数据的处理得到K值在各个时间段内的数值变化曲线如图1.68所示。K值的计算是从分子泵满转后(820 Hz)后开始的,因为此时系统的抽空速率到达最大值,且稳定不变,这样就排除了抽空速率不稳定给K值带来的干扰。

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图1.68　影响因子数值随时间变化曲线

从图1.68中可以看出,K值经历了先下降后不断上升的过程,K值前期较大是由于真空度突然下降使得负载表面气体脱附速率较快造成的,此时系统较难进入更深一层次的真空状态。随着气体脱附速率的下降,K值不断下降。在这个阶段虽然K值较大,但V2的基数值也相对较大,并不直接影响真空度的进一步提升。随着抽真空的深入进行,脱附速率进一步稳定,此时V2不断下降,造成K值的不断上升。此时,K值越大,说明负载造成的影响越大,真空度进一步提升的难度越大。随着K值的不断增大,该真空系统的真空度逐渐逼近极限值。K值稳定后该系统达到其极限真空状态,真空度不再提升。

为了进一步研究图1.67中曲线前期的差异,现将其前期曲线单独放大如图1.69所示。

图1.69　空/负载真空度随时间变化局部放大

a—开启分子泵点;b—分子泵满转点(820 Hz);c—工作真空度点;d—工作真空度点。

从图1.69中可以看出,在开启机械泵5 min后(a点),空/负载情况下系统都达到了开启分子泵的条件(20 Pa以下),其中空载时数值为8 Pa,负载时数值为10 Pa。8min时,分子泵满转(b点),空载情况下真空度为2.16×10-3 Pa,而负载情况下为3.42×10-3 Pa。在到达工作真空度(5×10-4 Pa)时间方面,空载情况下到达时间约为30 min(c点),负载情况下约为45 min(d点),满足设计指标。