Pompy turbomolekularne

Transkrypt

1 Pompy turbomolekularne

2 Przekrój pompy turbomolekularnej

3

4 Szybkość pompowania pomp turbomolekularnych

5 Pompa turbomolekularna z łoŝyskami magnetycznymi ŁoŜyska magnetyczne: brak tarcia nie wymaga smarowania długi czas pracy bez przeglądów i czyszczenia

6 Pompa turbomolekularna z łoŝyskami magnetycznymi

7 Pompa turbomolekularna z łoŝyskami magnetycznymi Wygląd Kontrola połoŝenia wirnika

8 Efektywność pompowania róŝnych pomp

9 Pompy strumieniowe Cząstki gazu otrzymują dodatkowe prędkości od strumienia czynnika pompującego pompy cieczowe strumień cieczy (wody) pompy gazowe strumień gazu pompy parowe strumień pary ejektorowe cząsteczki pary czynnika pompującego poruszają się z prędkością naddźwiękową pompy dyfuzyjne

10 Pompa strumieniowa wodna Odpowiednio ukształtowany silny i szybki strumień wody porywa ze sobą cząstki gazu. Ciśnienie końcowe jest równe ciśnieniu pary wodnej (kilkanaście torów)

11 Pompy dyfuzyjne wykorzystuje się strumień par oleju przenoszenie do wylotu pompy gazu, który wdyfundował do wnętrza strumienia warunki pompowania: odpowiednio duŝa prędkość pary gęstość strumienia pary wymagana próŝnia wstępna rzędu tora lub niŝsza

12 Pompa dyfuzyjna zasada budowy 1 zbiornik czynnika pompującego 2 prowadnica pary 3 dysza 4 grzejnik 5 chłodnica (kondensator) 6 olej ab powierzchnia pompująca strumienia pary

13 Pompa dyfuzyjna działanie - podgrzanie oleju ( ºC) - transport pary prowadnicą do dyszy - zamiana energii ciśnienia na energię prędkości ukształtowanie strumienia - dyfuzja cząsteczek gazu do strumienia i ich transport - skroplenie par oleju na ściankach - odpompowanie gazu z obszaru wylotowego przez pompę wstępną

14 Oleje do pomp dyfuzyjnych Oleje węglowodorowe i silikonowe niskie ciśnienie końcowe par odporność na utlenianie i rozkład w temperaturach pracy pompy duŝe rozmiary cząstki (wyŝsza skuteczność pompowania)

15 Pompa dyfuzyjna frakcjonująca

16 Pompy dyfuzyjne - właściwości Zalety prosta konstrukcja niezawodność cicha praca brak wibracji brak ruchomych części ciśnienie końcowe 10-9 Torr Wady strumień wsteczny par oleju odrzutniki par długi czas uruchamiania i wyłączania praca wyłącznie w pozycji pionowej wymagana próŝnia wstępna

17 Pompy sorpcyjne Wiązanie gazów i par na odpowiednio przygotowanych powierzchniach gaz nie jest wydalany na zewnątrz. Ciśnienie końcowe zaleŝy od stopnia desorpcji. - pompy kriogeniczne zimna powierzchnia sorbująca - pompy zeolitowe bardzo rozwinięte powierzchnie substancji porowatych - pompy sublimacyjne naparowanie lub napylanie specjalnych metali sorbujących lub zamurowujących zaadsorbowane gazy - pompy jonowe gazy poddawane są jonizacji

18 Pompy kriogeniczne adsorbowanie i kondensowanie gazów i par na powierzchni o temperaturze zacznie niŝszej niŝ temperatura otoczenia ilość wiązanych cząsteczek jest tym większa im niŝsza temperatura do wytwarzania bardzo wysokich próŝni wymraŝarki chłodzone ciekłym azotem (77 K)

19 Pompy kriogeniczne ZaleŜność ciśnienia róŝnych gazów od temperatury

20 Pompy próŝniowe - porównanie

21 Pomiary próŝni Nie ma uniwersalnego miernika rozpiętość ciśnień rzędu Trzy zasadnicze rodzaje : mierzące ciśnienie na podstawie siły wywieranej przez cząsteczki gazu mierzące właściwości gazu zaleŝne od ciśnienia jonizacyjne nadawanie cząsteczkom gazu ładunku i pomiar wytworzonego prądu

22 PróŜniomierze mechaniczne PróŜniomierz membranowy po jednej stronie membrany ciśnienie znane, po drugiej mierzone 1 membrana 2 przekładnia 3 wskazówka 4 dźwignia p mierzone ciśnienie

23 PróŜniomierze mechaniczne próŝniomierz z rurką Bourdona PróŜniomierz z rurką Bourdona cienkościenna spłaszczona rurka wygięta pierścieniowo 2 przekładnia 3 wskazówka 4 dźwignia p mierzone ciśnienie

24 PróŜniomierze mechaniczne próŝniomierz z rurką Bourdona PróŜniomierze mechaniczne mierzą ciśnienie w zakresie Tr

25 PróŜniomierz pojemnościowy Odchylenie membrany powoduje zmianę pojemności DuŜa dokładność pomiaru

26 PróŜniomierz piezorezystywny Czujnik piezorezystywny podlega odkształceniu pod wpływem ciśnienia zmiana rezystancji powoduje rozrównowaŝenie mostka Wheatstone a Czujniki wykorzystujące mechaniczne oddziaływanie gazu mierzą ciśnienie dowolnego gazu lub pary

27 PróŜniomierze cieplnoprzewodnościowe Wykorzystywana jest zmiana przewodnictwa cieplnego gazu przy zmianach ciśnienia Wymiana ciepła w środowisku gazowym: radiacja przewodzenie wzdłuŝ drutu do uchwytów przewodzenie przez cząstki gazu konwekcja (unoszenie) gazu Termopara Czujnik typu PIRANI tradycyjny i konwekcyjny

28 PróŜniomierze cieplnoprzewodnościowe - termopara termopara mierzy temperaturę drutu ( C) niŝsze ciśnienie wyŝsza temperatura wyŝsze napięcie bezwładność przy szybkich zmianach ciśnienia zakres pomiarowy Tr

29 PróŜniomierz typu PIRANI - konwekcyjny tradycyjny mbar konwekcyjny mbar Ze względu na wykorzystanie zjawiska konwekcji czujnik musi pracować w pozycji poziomej

30 PróŜniomierz typu PIRANI - konwekcyjny - układ mostka Wheatstone a jest integralną częścią głowicy pomiarowej - zewnętrzny wzmacniacz zapewnia sprzęŝenie zwrotne i utrzymuje mostek w równowadze - R comp, R 3, R 4 takie, Ŝe T = 120 C, R sense = R comp R 3 /R 4 p T R sense V NULL 0 nap. zasilania moc rozpraszana T R sense V NULL = 0 Napięcie zasilające mostek jest miarą ciśnienia

31 PróŜniomierze cieplnoprzewodnościowe czułość zaleŝy od rodzaju gazu skalowane do pomiaru danego gazu dokładność zaleŝy od stanu powierzchni elementu czujnikowego moŝliwość zanieczyszczenia parami oleju włókno wraŝliwe na uszkodzenia mechaniczne (uderzenie) wykorzystanie zjawiska konwekcji rozszerza zakres pomiarowy Pirani szybszy czas odpowiedzi, mniejsza podatność na zanieczyszczenie (niŝsza temperatura)

32 PróŜniomierze jonizacyjne W zakresie bardzo wysokiej próŝni Nadawanie cząsteczkom gazu ładunków elektrycznych i pomiar wytworzonego w ten sposób prądu Czujniki z gorącą katodą (Bayard-Alpert) Czujniki z zimną katodą (Penning)

33 PróŜniomierze jonizacyjne z gorącą katodą Zasada działania - katoda K emituje elektrony pod wpływem wysokiej temperatury - anoda A przyspiesza i odprowadza elektrony - kolektor C zbiera wytwarzane jony - napięcie anodowe V - róŝna czułość dla róŝnych gazów - ciśnienie ok mbar

34 PróŜniomierze jonizacyjne z zimną katodą (jarzeniowe) Elektron poruszający się pod wpływem napięcia ( 2kV) od K do A zderza się z cząsteczkami gazu i wytrąca z nich elektrony. Powstałe jony płyną do K. Pod wpływem ich uderzeń i pola elektrycznego katoda emituje elektrony (emisja wtórna). Elektrony te poruszając się ku A powodują powstanie jonów. Przy danym ciśnieniu ustala się prąd. Ciśn. ok mbar

35 Porównanie zakresów pracy próŝniomierzy firmy ALCATEL

36 Wykrywanie nieszczelności Metoda tradycyjna bańki mydlane Helowe wykrywacze nieszczelności - testowanie aparatury - kontrola jakości - wykrywanie mikrootworów, pęknięć Testy globalne Lokalizacja nieszczelności

37 Wykrywanie nieszczelności Dlaczego hel jest gazem wskaźnikiem? Niska koncentracja w powietrzu (5 ppm) Bezpieczny Ne Niedrogi F Leki i o małych cząstkach Łatwy do identyfikacji H 2 Nie uwalnia się z powierzchni materiału (podobnie do H ² ) Ar Kr He N Xe

38 Wykrywanie nieszczelności metody detekcji Metody detekcji Nadciśnienie : Badany elem. jest napełniony gazem test. Pod próŝnią : Badany element pod próŝnią Air FLOW Test part pressurized with test gas Air/test gas FLOW Test part vacuum inside

39 Wykrywanie nieszczelności metoda z owiewaniem Główne zalety Zdolność do lokalizacji wycieku DuŜa czułość Łatwa do wykonania Test miejscowy (lub całkowity) Stosunkowo niedroga metoda

40 Wykrywanie nieszczelności test w próŝni Główne cechy Wysoka czułość Wysoki przerób NiezaleŜny od pracownika Nie daje moŝliwości na lokalizację nieszczelności

41 Wykrywanie nieszczelności metoda: bombardowanie Główne cechy Jest to jedyna metoda pozwalająca na sprawdzanie z duŝą czułością zamkniętych elementów Wysoki przerób Wynik niezaleŝny od pracownika Nie pozwala na lokalizację nieszczelności

42 Wykrywanie nieszczelności metoda węszenia Główne cechy MoŜliwość lokalizacji nieszczelności Badany system lub element nie muszą być umieszczane w próŝni Relatywnie niedrogie Łatwy do wykonania Ograniczenie czułości przez tło w powietrzu

43 Wykrywanie nieszczelności metoda węszenia: test w trybie próŝni