大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置及方法，在这空舱侧壁上安装有三个真空计与两个外置式低温泵；通过氙气瓶向真空舱内通入氙气，通入氙气的压力通过流量计与压力表测量，且通过减压器与电磁阀控制流量；当氙气通入管道压力过高时，可通过安全阀放气；真空舱上还连接有与作为低温泵前级的罗茨泵机组。进行抽速测试时，依次通过罗茨泵机组与一个或二个外置式低温泵对将真空舱内抽至极限压力；随后向真空仓内通入氙气，根据真空舱内压力恒定时，记录三个真空计测量压强均值，通过运算即可得到单泵或双泵的抽气速度。本发明的优点为：可对单泵或双泵进行氙气抽速测试，且便于操作，成本低，测试精度高。
【专利说明】大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于真空科学【技术领域】中的外置式低温泵抽速测量【技术领域】，具体涉及一种大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置，应用于电火箭发动机真空羽流试验。
【背景技术】
[0002]外置式低温泵是采用冷凝吸附技术的一种真空获得设备，低温表面抽气的机理主要是依据物质的饱和蒸汽压随着温度降低而降低的特性，即外置式低温泵冷板的温度越低各类气体分子的饱和蒸汽压越低，凝结温度比外置式低温泵冷板表面温度高的气体分子就会凝结在外置式低温泵冷板表面，达到抽除气体获得真空的目的。
[0003]抽速是衡量外置式低温泵抽气性能的重要参数，高质量的抽速测试结果是评估外置式低温泵设计指标和指导工程应用的保障。GB/T19956.1-2005和JB/T7266-94是我国参考IS01607-1:1993的国际标准制定的容积真空泵测量方法准则，主要适用于口径小于Φ?πι的外置式低温泵，其基本测量原理是利用专门设计的测试罩，通过分别测量不进气和一定进气量条件下测试罩特定位置处的稳态真空压力值，得到的是外置式低温泵的最大名义抽速。
[0004]然而，外置式低温泵的抽速不仅与被抽气体种类有关，还和真空舱容积及安装位置等参数有关。目前，空间推进技术的一个主要发展趋势是电推进，而电推进离子推力器主要采用氙气(氙气)作为工作介质。为提高电推进羽流试验精度，试验前需要对已安装在真空舱上的外置式低温泵进行氙气抽速测试，以获得外置式低温泵的实际有效抽速。文献[I, 2]给出了外置式低温泵和扩散泵对氙气的抽速是其对空气抽速的0.46倍，文献[3]给出了 F-400/3500分子泵、F-250/1500两台分子泵对氙气抽速的测试结果，即在泵口真空度处于IX 10_3~IX 10_2Pa范围内，对氙气抽速相当于其对N2抽速的0.6~0.8倍。国内尚未开展外置式低温泵对氙气抽速的测试研究。
[0005][I]达道安.真空设计手册[M].北京:国防工业出版社，2004 ；
[0006][2] Sarver-Verhey T R.Extended Testing of 1n Thruster HollowCathode[R].AIAA92-3204.1992 ；
[0007][3]郭宁，邱家稳，江豪成.分子泵对氙气抽速的测试.真空2007，44 (2)，15-17。
[0008]综上所述，现有的外置式低温泵抽速测试标准仅适合口径小于Φ?πι的外置式低温泵，不适用于口径大于Φ?πι的大口径外置式低温泵，尤其是外置式低温泵对氙气抽速测量国内没有相关测试经验。此外，采用测试罩的外置式低温泵抽速测量方法无法获得低温泵的实际抽气速度。
【发明内容】
[0009]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置及方法，主要用于口径大于Φ?πι的外置式低温泵的氙气抽速测量，通过稳压气源系统提供符合抽速测量标准的气体，采用CS200A型质量流量控制器进行流量控制，同时采用热阴极电离规进行真空压力测量，能够更加精准的测量外置式低温泵对氙气的抽速，解决了电推进发动机羽流试验需求。
[0010]本发明大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置，包括氙气瓶、减压器、流量计、电磁阀、真空计A、真空计B、真空计C、外置式低温泵A、外置式低温泵B、罗茨泵机组、真空舱、压力表A、压力表B、安全阀。
[0011]所述的氙气瓶、减压器、流量计与电磁阀通过供气管路顺次连接；供气管路的出气端与真空舱前部连通，且供气管路的出气端伸入真空舱内部；氙气瓶与减压器间的供气管路上安装有压力表A和安全阀；减压器和流量计间的供气管路上安装有压力表B。
[0012]所述罗茨泵机组通过管道与真空舱相连；外置式低温泵A与外置式低温泵B以及真空计A、真空计B、真空计C均安装在真空舱侧壁上。
[0013]本发明大口径外置式低温泵氙气抽速测试方法，包括单泵与双泵抽速测试:[0014]单泵抽速测试通过下述方法完成:
[0015]步骤1:启动罗茨泵机组将真空舱内压力抽至5Pa ；
[0016]步骤2:启动外置式低温泵将真空舱内压力抽至极限压力P。；
[0017]步骤3:向真空舱内通入压强为a、流量为b的氙气；a的值通过三个真空计测量取平均获得，b的值通过流量计获得；
[0018]步骤4:当三个真空计测量真空舱内压力恒定后，记录三个真空计测量的压强平均值P，通过下式获得外置式低温泵的抽气速度S:
[0019]
【权利要求】
1.大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置，其特征在于:包括氙气瓶、减压器、流量计、电磁阀、真空计A、真空计B、真空计C、外置式低温泵A、外置式低温泵B、罗茨泵机组、真空舱、压力表A、压力表B、安全阀； 所述的氙气瓶、减压器、流量计与电磁阀通过供气管路顺次连接；供气管路的出气端与真空舱前部连通，且供气管路的出气端伸入真空舱内部；氙气瓶与减压器间的供气管路上安装有压力表A和安全阀；减压器和流量计间的供气管路上安装有压力表B ; 所述罗茨泵机组通过管道与真空舱相连；外置式低温泵A与外置式低温泵B以及真空计A、真空计B、真空计C均安装在真空舱侧壁上。
2.如权利要求1所述大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置，其特征在于:所述电磁阀位于供气管路的出气端，同时位于真空舱内部。
3.如权利要求1所述大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置，其特征在于:所述外置式低温泵A与外置式低温泵B相邻且位于真空舱同侧；且真空计A、真空计B与真空计C在真空舱上分散布置。
4.如权利要求1所述大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置，其特征在于:所述流量计有效量程O~15mL/min,响应时间t ( Isec,准确度U1 ( 0.5% ;且真空计A、真空计B与真空计C均具有ZJ12型热阴极电离规，有效量程为6X 10_8~IX KT1Pa15
5.大口径外置式低温泵氙气抽速测试方法，其特征在于:通过下述步骤实现单泵抽速测试: 步骤1:启动罗茨泵机组将真空舱内压力抽至5Pa ； 步骤2:启动外置式低温泵将真空舱内压力抽至极限压力P。； 步骤3:向真空舱内通入压强为a、流量为b的氙气；a的值通过三个真空计测量取平均获得，b的值通过流量计获得； 步骤4:当三个真空计测量真空舱内压力恒定后，记录三个真空计测量的压强平均值Pi，通过下式获得外置式低温泵的抽气速度S:
6.如权利要求5所述大口径外置式低温泵氙气抽速测试方法，其特征在于:所述流量计的标定方法为:以N2作为标定介质，向真空舱内通入氙气，通过下式对质量流量计表头读数进行标定，得到标定曲线；
Q = σ iQo 其中，q为通过流量计测得氙气实际流量；σ i为修正系数，取σ 1=1.431 为流量计显示流量。
7.如权利要求5所述大口径外置式低温泵氙气抽速测试方法，其特征在于:所述真空计标定方法为:以N2作为标定介质，向真空舱内通入氙气，通过下式分别对真空计表头读数进行标定，得到真空度标定曲线:
8.大口径外置式低温泵氙气抽速测试方法，其特征在于:通过下述步骤实现双泵抽速测试: 步骤1:启动罗茨泵机组将真空舱内压力抽至5Pa ； 步骤2:启动外置式低温泵A与外置式低温泵B同时将真空舱内压力抽至极限压力P。；步骤3:向真空舱内通入压强为a、流量为b的氙气；a的值由三个真空计测量取平均获得，b的值由流量计获得； 步骤4:当三个真空计测量真空舱内压力均恒定后，记录三个真空计测量的压强平均值P，通过下式即可获得外置式低温泵A9或外置式低温泵B的抽气速度S:
9.如权利要求8所述大口径外置式低温泵氙气抽速测试方法，其特征在于:所述流量计的标定方法为:以N2作为标定介质，向真空舱内通入氙气，通过下式对质量流量计表头读数进行标定，得到标定曲线；Q = σ iQo 其中，q为通过流量计测得氙气实际流量；σ i为修正系数，取σ 1=1.431 为流量计显示流量。
10.如权利要求8所述大口径外置式低温泵氙气抽速测试方法，其特征在于:所述真空计标定方法为:以N2作为标定介质，向真空舱内通入氙气，通过下式分别对真空计表头读数进行标定，得到真空度标定曲线:
【文档编号】F04B51/00GK103644111SQ201310607130
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】张建伟, 凌桂龙, 蔡国飙, 王文龙, 位立军 申请人:北京航空航天大学