压缩比通常是指泵的排气压力与进气压力的比值. 对于涡轮分子泵来说, 压缩比是指在前真空法兰测量的压力与在高真空法兰测量的压力之比. 压缩比的高低取决于几个因素, 最重要的因素是气体的类型和涡轮分子泵的设计. 压缩比越高, 在分子泵进气口得到的最终压力就越低, 也就是分子泵的极限压力越低.
压缩比的定义
压缩比通常是在泵内侧没有任何气流量时确定的, 这就是所谓的零吞吐量. 使用指数 “0” 对其进行识别, 在有关涡轮分子泵的文献和技术资料中, 压缩比往往被称为 K0. 实际上, 涡轮分子泵压缩比的测量是通过逐渐将气体引入前真空管道以增加前级压力同时测量随后产生的高真空压力来实现的.
影响压缩比数值的因素: 气体类型和涡轮分子泵内部设计
压缩比取决于几个因素. 最重要的因素是气体类型和涡轮分子泵的设计. 涡轮分子泵的抽吸作用是基于从高真空侧流动到前真空侧的气体粒子多于从前真空侧流动到高真空侧的气体粒子. 通过转子叶片快速旋转对目标粒子进行加速来实现的, 气体越轻, 其分子运动的速度就越快 ( 如下图 ):
各种气体的分子质量和平均速度
|
气体 |
H2 |
He |
H2O |
N2 |
空气 |
Ar |
CO2 |
|
摩尔质量 g/mol |
2 |
4 |
18 |
28 |
29 |
40 |
44 |
|
平均速度 m/s |
1762 |
1246 |
587 |
471 |
463 |
394 |
376 |
|
马赫数 |
5.3 |
3.7 |
1.8 |
1.4 |
1.4 |
1.2 |
1.1 |
对于较轻的气体分子, 其向高真空侧的回流速度因此高于较重的气体分子. 由于存在较轻的气体分子, 因此高真空侧存在更多的气体粒子. 这里的压力会相对较高, 而压缩比较低 ( 如下图, 以上海伯东 Pfeiffer 分子泵 HiPace 300 举例 )
上海伯东德国 Pfeiffer 涡轮分子泵内部设计
根据生产商的不同, 分子泵抽吸原理也会有所不同, 这些泵级被称为 “Holweck”, “Gaede” 或 “Siegbahn”级. 在极少数情况下还会使用侧槽泵级. Pfeiffer 涡轮分子泵 HiPace 系列内置 Holweck 泵级, 与其他类型对比,如下图所示, Holweck 泵级能够更高效地把非常轻的气体抽入更高压力区, 具有高压缩比的涡轮分子泵比低压缩比的涡轮分子泵更能获得相对较低的极限压力.
上海伯东 HiPace 系列涡轮分子泵技术规格
|
型号 |
进气口 DN |
压缩比 |
极限真空 hPa |
抽速 l/s |
|||||||||
|
N2 |
He |
H2 |
Ar |
N2 |
He |
H2 |
Ar |
||||||
|
25 |
3X106 |
3X103 |
3X102 |
2.5X108 |
< 5X10-5 |
10 |
6 |
3.7 |
11.5 |
||||
|
40 /63 |
1X1011 |
1.3X107 |
1.4X105 |
1X1011 |
< 5X10-10 |
67 |
58 |
48 |
66 |
||||
|
100 |
1X1011 |
1X108 |
9X105 |
1X1011 |
< 5X10-10 |
260 |
255 |
220 |
255 |
||||
|
160 |
>1X1011 |
3X107 |
14X105 |
1X1011 |
< 5X10-10 |
685 |
655 |
555 |
665 |
||||
|
200 |
>1X108 |
2X104 |
6X103 |
>1X108 |
< 5X10-10 |
1250 |
1300 |
1100 |
1200 |
||||
|
250 |
>1X108 |
3X105 |
2X104 |
>1X108 |
< 5X10-10 |
1900 |
2000 |
1850 |
1800 |
||||
极限真空为实验室理想值
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上海伯东 Pfeiffer 涡轮分子泵 HiPace 系列获得 Semi S2, UL, CSA 和 Nema 12 认证. 特别适用于质谱分析, 电子显微术, 测量技术, 粒子加速和等离子体物理方面的应用. 除了用于分析, 真空工艺和半导体技术外, 还可用于真空镀膜, 研发以及工业领域.
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