Вакуумная система для испытаний электрофизических устройств

Полезная модель относится к области вакуумной техники, в частности к устройствам для испытаний электрофизических устройств при пониженном давлении.
Известна вакуумная система для технологической установки, содержащая откачиваемые вакуумные камеры и подключенные к ним через вакуумпровод и соединительный элемент форвакуумный и высоковакуумный насосы, вакуумные датчики, вакуумные клапаны, натекатели воздуха, вакуумные фланцевые разъемы, соединительный блок которой выполнен в виде распределительного блока, состоящего из корпуса с центральной полостью и соединенными с ней каналами для связи с камерами и вакуумными насосами через вакуумпроводы с клапанами. Патент Российской Федерации №2099659, МПК F27B 5/05, 1997 г. В целом вакуумная система технологических установок громоздка и энергозатратна.
Известно устройство вакуумной откачки вакуумной камеры технологической вакуумно-плазменной установки, содержащее входной патрубок и систему вакуумной откачки, снабженное последовательно соединенными высоковакуумным затвором, высоковакуумным насосом, магистралью форвакуумной откачки и форвакуумным насосом, выполненным с возможностью установки сверху вакуумной камеры или на удалении от нее. Патент Российской Федерации на полезную модель №122654, МПК С23С 14/24, 2012 г. Прототип. Прототип достаточно сложен, громоздок, и не обеспечивает необходимую компактность и универсальность устройства.
Задачей полезной модели является создание простой в управлении универсальной конструкции, обеспечивающей возможность испытания разнообразных электрофизических устройств в условиях поддержания как динамического, так и долговременного статического вакуума, быстрый переход между разными видами испытаний, а также достижение компактности и энергоэффективности устройства.
Техническим результатом полезной модели является компактность испытательного стенда, энергоэффективность, универсальность, возможность быстрого перехода между разными видами испытаний.
Технический результат достигается тем, что вакуумная система для испытаний электрофизических устройств включает цилиндрическую прогреваемую испытательную вакуумную камеру с двумя фланцами размера Ду 250 CF, расположенными по торцам, к которым подключаются испытательная платформа и смотровое окно, и десятью фланцами размера Ду 40 CF, расположенными по окружности, к которым подключаются вакуумметр через адаптер с воздушным охлаждением, смотровые окна, электрические герметичные вводы в вакуум, игольчатый натекатель, вводы движения, высоковакуумный вентиль с фланцами Ду 40 CF, к которому через адаптер Ду 40 CF/ISO KF через быстроразъемное соединение подключается турбомолекулярный насос, откачиваемый мембранным форвакуумным насосом с возможностью изменения его быстроты откачивающего действия. Изменение быстроты откачивающего действия позволяет подобрать наиболее энергоэффективный режим работы вакуумной системы для разных типов испытаний. Быстроразъемное соединение, позволяет отключить турбомолекулярный насос от вакуумной системы при достижении необходимого давления в случае испытаний интенсивно выделяющих тепло объектов. Расположение платформы для размещения электрофизических устройств на торцах цилиндра делает возможным быструю замену испытательных платформ при необходимости проведения последовательных отличающихся по условиям испытаний отдельных электрофизических устройств. Компактность устройства достигается благодаря цилиндрической форме вакуумной камеры и расположению десяти патрубков Ду 40 CF по окружности камеры.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1-2. На фиг. 1 изображена схема вакуумной системы для испытаний электрофизических устройств, где: 1 - вакуумная камера, 2 - вакуумметр, 3 - адаптер с воздушным охлаждением, 4 - смотровые окна, 5 - электрические герметичные вводы в вакуум, 6 - игольчатый натекатель, 7 - вводы движения, 8 - высоковакуумный вентиль, 9 - адаптер Ду 40 CF/ISO KF, 10 - быстроразъемное соединение ISO KF, 11 - турбомолекулярный насос, 12 - соединительный трубопровод, 13 - мембранный насос предварительного разрежения с возможностью изменения быстроты откачивающего действия, 14 - контроллер, 15 - фланцы Ду 40 CF, 16 - объект испытаний. На фиг. 2 изображена схема вакуумной системы для испытаний электрофизических устройств, где: 17, 18 - фланцы вакуумной камеры размера Ду 250 CF, расположенные по торцам, 19 - испытательная платформа, 20 - вакуумное смотровое окно, 21 - платформа с отверстием под смотровое окно Ду 100 CF, 22 - фланцевое соединение Ду 100 CF.
Устройство работает следующим образом.
-9
-9
3
-9
В вакуумной камере вакуумной системы для испытаний электрофизических устройств 1 (фиг. 1) создается давление от атмосферного до 10 мм.рт.ст., а также долговременно поддерживается пониженное давление при отключенных средствах откачки с сохранением возможности контроля вакуума в условиях нагрева камеры. Вакуумная камера 1 изготовлена из немагнитной нержавеющей стали и оснащена десятью аксиально-симметрично расположенными фланцами. Торцевые части вакуумной камеры снабжены фланцевыми соединениями 17, 18 (фиг. 2), выполненными в соответствии с размерами фланца Ду 250 CF. К нижнему торцевому фланцу 17 подключена платформа 19, снабженная системой креплений, на которой размещаются испытуемые электрофизические устройства. К верхнему торцевому фланцу 18 подключается платформа 21 с вакуумным смотровым окном 20, которая также может использоваться для размещения испытуемых электрофизических устройств. Вакуумное смотровое окно 20 подключается посредством фланцевого соединения 22. Один фланец размера Ду 40 CF используется для подключения вакуумметра 2 (фиг. 1) через адаптер с воздушным охлаждением 3, что делает возможным его использование в условиях прогрева камеры. Один фланец размера Ду 40 CF используется для подключения высоковакуумного затвора 8 с медным уплотнением, к которому подключается адаптер 9 с быстроразъемным соединением 10 для подключения высоковакуумного турбомолекулярного насоса 11. Высоковакуумный затвор предназначен для отсекания вакуумной камеры от линии откачки турбомолекулярным и форвакуумным насосом в диапазоне давлений 1 атм. - 10 мм рт. ст. Остальные фланцы размера Ду 40 CF используются для размещения вакуумных смотровых окон 4, электрических герметичных вводов в вакуум 5, игольчатого натекателя 6, вводов движения 7. В качестве материала уплотнения во фланцевых соединениях 15, 17, 18, 22 используется высокочистая медь. Исключением является уплотнение вакуумной резиной быстроразъемного соединения 10 адаптера 8, через которое к нему подключается турбомолекулярный насос 11. Турбомолекулярный насос 11 используется совместно с форвакуумным насосом 13 и служит для создания и поддержки в вакуумной камере необходимого давления. Это соединение 10 обеспечивает возможность быстрого отключения турбомолекулярного насоса при долговременных испытаниях прогреваемых электрофизических устройств в условиях вакуума (фиг. 3). Форвакуумный насос 13 подключается к турбомолекулярному насосу через сильфон 12 с диаметром условного прохода 16 мм и фланцами Ду 16 ISO-KF. Форвакуумный насос 13 обеспечивает предварительное разрежение вакуумной камеры до вакуума 2 мм рт. ст., с регулируемой быстротой откачивающего действия до 1.2 м/час. Согласованное управление игольчатым натекателем 6 и форвакуумным насосом 13 при контроле давления в вакуумной камере с помощью вакуумметра 2 позволяет подобрать необходимые условия для испытаний электрофизических устройств в вакууме. Управление турбомолекулярным насосом 11 и вакуумметром 2 осуществляется контроллером 14, используя интерфейс RS485. Для управления форвакуумным насосом 13 используется аналоговый сигнал. Электрические вакуумные вводы 5 используются для ввода напряжений питания электрофизических устройств, а также вывода получаемых данных. Турбомолекулярный насос подключен к вакуумной камере путем соединения через адаптер с фланцевыми соединениями ISO KF и Ду 40 CF. Вакуумметр высоковакуумный предназначен для измерения уровня вакуума в вакуумной камере в диапазоне рабочих давлений от атмосферного до 10 мм рт. ст.
Вакуумная система может использоваться для испытаний разнообразных электрофизических устройств, включая масс-анализаторы, транспортные ионно-оптические системы, спектрометры ионной подвижности, работающие при пониженном давлении, устройства, требующие поддержания вакуума для нормального функционирования.
В случае необходимости долговременного поддержания пониженного давления при отключенных средствах откачки с сохранением возможности контроля вакуума в условиях нагрева камеры испытуемым электрофизическим устройством проводится предварительная откачка камеры 1 форвакуумным насосом 13, после этого проводится откачка камеры турбомолекулярным насосом 11 до необходимого давления, при необходимости обезгаживания внутренних поверхностей проводится прогрев камеры, после чего высоковакуумный клапан 8 герметично закрывается, насос отключается с помощью быстроразъемного соединения 10, из которого извлекается резиновое уплотнение. Конфигурация с отключенным турбомолекулярным насосом показана на фиг. 3.
В случае необходимости испытания электрофизических устройств при промежуточных давлениях при контролируемом натекании газа, к игольчатому натекателю 6 подключается баллон с требуемым газом (место подключения показано стрелкой на фиг. 1), степень открытия игольчатого натекателя 6, степень открытия высоковакуумного вентиля 8, состояние турбомолекулярного насоса 11, быстрота откачивающего действия форвакуумного насоса 13 регулируется таким образом, чтобы контролируемые вакуумметром 2 условия испытаний соответствовали требуемым.
В случае необходимости испытания электрофизических устройств при контролируемом взаимном расположении отдельных элементов ввод движения 7 используется для перемещения отдельных элементов относительно испытуемого объекта.