[发明专利]大口径外置式低温泵氙气抽速测试装置及方法

说明书

技术领域

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

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。

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ISO1607-1:1993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Ф1m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。

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[1,2]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1×10^-3～1×10^-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。

[1]达道安.真空设计手册[M].北京:国防工业出版社,2004；

[2]Sarver-Verhey T R.Extended Testing of Ion Thruster Hollow Cathode[R].AIAA92-3204.1992；

[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。

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Ф1m的外置式低温泵，不适用于口径大于Ф1m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

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Ф1m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。

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。

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。

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：

单泵抽速测试通过下述方法完成：

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P₀；

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P′，通过下式获得外置式低温泵的抽气速度S：