【摘 要】
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近年来,随着航天科学技术的深入发展,微型溅射离子泵的用途越来越广泛。我国深空探测载荷使用的空间质谱计、导航定位使用的铯原子钟等军用产品均需微型溅射离子泵维持系统内部的高真空度。而且,对于微型溅射离子泵提供的抽速指标有严格的要求。然而,目前国际上普遍采用的抽速测试方法并不能精确地测试微型溅射离子泵的极小抽速,这严重的影响了相关产品的使用性能和真空计量基础科学的发展。基于此,本文开展微型溅射离子泵极小
【基金项目】
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国防技术基础科研项目:微型真空泵抽速校准技术研究(JSJL2016203A011); 国家自然科学基金面上项目:微型溅射离子泵极小真空抽速精确测量机理及方法研究(61971209);
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近年来,随着航天科学技术的深入发展,微型溅射离子泵的用途越来越广泛。我国深空探测载荷使用的空间质谱计、导航定位使用的铯原子钟等军用产品均需微型溅射离子泵维持系统内部的高真空度。而且,对于微型溅射离子泵提供的抽速指标有严格的要求。然而,目前国际上普遍采用的抽速测试方法并不能精确地测试微型溅射离子泵的极小抽速,这严重的影响了相关产品的使用性能和真空计量基础科学的发展。基于此,本文开展微型溅射离子泵极小抽速的测试方法研究。首先,通过极小抽速与大抽速的对比分析,发现测试极小抽速具有如下三个难点,一是需要提供微小流量并精确测试;二是在测试极小抽速时热阴极电离真空计本省具有的抽气效应不可忽略了;三是对测试装置的整体性能提出了更高的要求。结合目前的抽速测试方法,本文提出两种测试方法,即改进的动态流导法和改进的流量计法。其次,对专门组建的抽速测试装置开展了测试实验。一方面通过对实验装置进行烘烤、检漏等反复性的操作,最终测得测试罩R1的极限真空度为4.28×10-7Pa,R2的极限真空度为2.84×10-7 Pa,R3的极限真空度为3.71×10-7 Pa,测试罩R1和R2的最大放气率为7.8×10-11 Pa.m3/s,测试罩R3的最大放气率为6.2×10-11 Pa.m3/s,这使得实验装置的性能达到了极小抽速的测试要求,解决了测试难点三;另一方面采用静态压力变化的方法测试了微流量供气系统的流导,并对流导测试结果的正确性进行了验证,保证了提供微小流量的精确性,解决了测试难点一。然后,采用改进的动态流导法和流量计法分别测试了一种微型溅射离子泵样品的极小抽速,这两种方法均排除测试难点二对测试结果的干扰。测试结果显示,两种方法测试的样品泵抽速均随气体压力的增大呈现先增大后减小的变化趋势;两种方法测试的样品泵抽速与测试电压大致呈现正比例关系。在改进的动态流导法抽速测试中,测试抽速的不确定度为7.1%,有效的减小了不确定度。在改进的流量计法中,还测试了热阴极电离真空计的抽速和放气率。测试结果显示,随着测试罩内气体压力的增大,热阴极电离真空计的抽速呈现下降趋势,而放气率呈现上升趋势。同时将测试结果带入抽速表达式中,对测试的极小抽速进行修正,提高了大约6.3%的测试精度。最后,在氮气作为测试气体的条件下,对理论计算的样品泵抽速推导过程给予说明,并将理论计算的样品泵抽速与采用改进的流量计法测试的抽速作对比。结果显示,理论计算的抽速明显小于实验测试的抽速,大约相差20%,并分析了产生误差的几点原因。通过对微型溅射离子泵极小抽速的测试方法研究,可以解决空间质谱计、铯原子钟、行波管等使用微型溅射离子泵无法精确测试其极小抽速的难题,确保我国深空探测、空间站、北斗导航等重大工程项目的顺利开展。此外,精确测定微型溅射离子泵极小抽速,可拓展真空计量参数,提升我国真空计量的国际地位,具有明显的社会效益。
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