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擴散真空泵性能自動測試系統的研制
發(fā)布時間：2011-1-21 9:33:39 | 閱讀次數：968次
本文介紹了一套新研制的擴散真空泵性能的自動測試系統。該系統可
以按照國家標準規(guī)定的方法自動檢測擴散真空泵的極限壓力和抽速。
系統利用自主開發(fā)的光電液位檢測方法和元件實現滴管液位的自動讀
取和記時；利用步進電機驅動針閥實現氣體流量和測試罩內壓力的自
動調節(jié)；使用上位PC機和下位單片機的雙級控制系統實現對整個測試
系統和測試過程的自動控制。
作為應用最廣的高真空抽氣設備，油擴散泵在國內的生產、研究
方面已達到相當的技術水平和一定的生產規(guī)模，被廣泛應用于機械、
電子、冶金、原子能、空間模擬等工業(yè)領域和科學技術研究中，為我
國的科技發(fā)展做出了顯著的貢獻。近幾年來,國內擴散泵產品從外觀
、功能到性能都有了較大的進展。
相對于擴散真空泵的生產企業(yè)數量和生產總量來說，國內擴散泵在產
品性能檢測方面還相對落后。目前很多企業(yè)尚沒有自己的性能測試系
統，對泵產品在出廠前的性能指標缺乏實際檢測。國內現有的相關檢
測系統都采用全手動操作方式，對操作人員有較高的專業(yè)知識和實驗
技能要求，需經過專門培訓才能勝任此項工作，而且測試數據精度受
許多人為因素的影響，這些都為生產廠家自己獨立開展擴散泵性能測
試增加了難度。
針對這一現狀，本文研制了一套擴散真空泵性能的自動測試系統
。下面將就該系統的測試原理、系統的硬件與軟件構成、研制過程所
遇到的技術難點和解決措施作以介紹。
1、自動測試系統的測試原理
該套測試系統對擴散泵的極限壓力和不同入口壓力下的抽速曲線
的測試原理與方法，完全參照相關國家標準的規(guī)定執(zhí)行。其中擴散泵
抽速曲線的自動檢測，采用“定壓法”原理測試。對應每一個測壓點
的測試步驟是：在工作閥開啟的條件下，利用針閥調節(jié)充入測試罩的
氣體流量Q，使測試罩內的平衡壓力p穩(wěn)定在預期的壓力值附近；關閉
工作閥，依次記錄滴管內液柱到達液位高度h1和h2的時間t1和t2；通
過計算液柱凈升高度h=h2-h1和上升所需時間t=(t2-t1)，利用下式求
得對應壓力下的體積流率，即抽速。
S=Q/P=Kh/Pt
式中S———被測真空泵抽氣速率，L/s
Q———流過泵口的氣體流量，Pa•L/s
p———測試罩內規(guī)定位置的平衡壓力，Pa
h———滴管內液柱上升凈高度，mm
t———滴管內液柱上升所需時間，s
K———滴管函數，Pa•L/mm。
根據上述公式可知：要想計算出抽速S，需要已知對應測壓點的K
、h、p和t。其中，滴管函數K可以根據不同的滴管和連接管道尺寸，
結合實際的測試工況事先計算出來；因此，實際需要讀取的只有測試
罩指定位置平衡壓力p、滴管內液柱凈升高度h和液柱凈升高度h所需
時間t三個量。該套測試系統所具有的自動測試功能，主要是指工作
閥采用電磁閥自動開啟關閉；針閥完成流量調節(jié)的過程采用步進電機
驅動，并根據罩內實測壓力與預設壓力的對比進行反饋控制；利用光
電液位開關測定滴管內液位到達設定位置h1和h2高度處的時間t1和t2
。整個測試過程，以及之后的抽速計算、結果輸出工作，均由計算機
自動控制完成，只是在更換滴管和連接管路的過程中需要操作人員手
工作業(yè)。
2、自動測試系統的硬件構成
2.1、機械部分構成
該測試系統機械部分的主體設計方案基于國家標準的詳細規(guī)定。
上海正奧泵業(yè)制造有限公司主要由測試罩、提升機構、前級閥、預抽閥、
工作閥、放氣閥、微調閥、滴管、光電液位開關、貯液槽、臺車和真空管路
等組成，被測主泵為K-200型油擴散泵，前級為2X-4型旋片泵。
考慮到該實驗臺的主要用途是服務于東北大學過程裝備與控制工
程專業(yè)本科生的真空實驗教學，所以在結構和功能上有所改動、擴展
。對應K-200型油擴散泵，本應選用直徑為200mm的測試罩，但考慮其
它教學實驗用途，本系統使用了直徑為400mm的測試罩，中間加裝錐
形過渡接口和插板閥與被測擴散泵相連。這些會導致管道流導的增加
，從而使真空泵的抽速測定值降低，但不影響測試系統的工作原理和使用
方法。在測試罩上還留有兩個真空規(guī)管接口、一個前級閥接口、一個
微調閥進氣口、頂端留有放氣口，以及連接其他真空測試儀器的兩個
備用接口。提升機構可以將測試罩提起，方便主泵的更換和其它教學
實驗的完成。考慮到要實現自動控制，所有的閥門均選擇電磁驅動。
此外，根據實驗需要，還專門訂制了內徑分別為1.5、3、5、10、20
、30、50mm的一系列滴管。
