低温泵抽气系统

    低温抽气是目前获得洁净真空环境的一种快捷而有效的方法。随着双级高可靠性小型制冷机的日臻完善，制冷机低温泵得到迅速发展，已成为获得洁净、无污染、抽速大、工作压力范围宽、抽气效率高、结构简单、使用方便，能长期工作及可任意方向安装的真空获得设备。     下图给出典型的气氦制冷机低温抽气系统的示意图。该抽气系统不需要前级泵，仅需要在粗抽过程中开动机械泵进行预抽。它不需要用液氮冷阱来防止低温泵的返流，但可在真空室内安装冷阱、水冷障板或室温障板来屏蔽工作过程中的热载荷，但是这些障板也会降低系统的总抽速。低温泵可以用氢蒸气压规来监测第二级冷阵的温度。    

1.压力安全阀2.高真空阀3.真空室放气阀4.电离规5.热传导规6.粗抽阀7.机械泵放气阀8.机械泵9.低温泵预抽阀10.低温泵冲洗气体阀

        氦气制冷机低温泵真空机组

        低温泵的抽速大，通常用在不能高温烘烤除气的真空系统。从抽气系统结构来看，低温泵系统类似于离子泵系统。为了无污染粗抽真空，还可以配接吸附泵。但是这种结合并不适用于抽除大量的惰性气体，例如氩气。而且虽然低温板易抽气，但当低温泵需要再生时，会给吸附泵造成困难。由于前级泵只在起始抽气期间使用，所以污染极少，如果使前级泵工作在粘滞流范围，即用机械泵粗抽到200Pa，然后再用吸附泵接力抽到1Pa，可进一步减少污染。但是除了额外气体负载外，低温泵在200Pa下开始冷却时会导致可凝结性气体，例如CO2和水汽，凝结在低温板上而不是周围屏蔽板上。在低温板上涂覆适量活性碳可有效地降低这种凝结效应。因为低温泵对氢气的抽速很小，所以低温泵抽氢气时应与钛升华泵结合。低温泵也可以和其它的超高真空泵，例如离子泵或涡轮分子泵进行组合。

    低温泵真空系统的操作

    低温泵抽气系统不需要前级泵，仅需要粗抽泵，低温抽气的真空室在到达切换压力之前是用粗抽泵进行抽气的。当达到切换压力后关掉粗抽阀并打开高真空阀。真空室可在安全的压力范围内地被转换上低温泵抽气。如果用机械泵粗抽，则真空室切换到低温泵抽气转换所允许的zui低压力是由防止机械泵返油的要求决定的。对直径为4到6cm的粗抽管道来说，zui低压力约为10到20Pa。对直径非常大的粗抽管道来说，其切换的zui低压力值更低；但其数值要大于克努曾数为0.01时的压力值。zui高切换压力取决于低温抽气表面的几何形状和制冷机的制冷量。泵的低温抽气表面应具有相当大的热容量，它们能接纳“突发”的气体而不产生不可逆升温。在一次气体突发中导入低温泵中的zui大气体量Qi的允许数值可由低温泵的制造厂家得到，当打开高真空阀时瞬间导入的气体量可由Qi＝PcV求出，由此可见，zui大切换压力为

    式中Pc———切换压力，Pa

    V———真空室容积，m3

    Qi———某一瞬时突发进入低温泵内的zui大气体量（例如打开高真空阀时瞬间导入的气体量）；V为真空室容积。

    对典型的小型制冷机低温泵，由粗抽转换到低温泵抽气的切换压力范围为

    假如由（4）式求得的值低到在切换前就会有机械泵油返流现象的话，那就说明相对于真空室容积尺寸来说低温泵的抽速太小了。

    由（4）式求得的低温泵的切换压力要比扩散泵的高几个数量级。如果突发产生的气体很多，则在粘滞流或过渡流时，突发气体中的水蒸气就会到达吸附剂处，覆盖在吸附剂上或使之饱和，从而防碍了对氢气和氦气的抽除。在大部分低温抽气系统中，切换压力接近100Pa。为了尽量减少油的返流，是采用尽可能高的并避免吸附剂出现饱和现象的切换压力。