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扩散泵的工作原理及组成结构和性能参数

2015-09-07

扩散泵是目前获得高真空的最广泛、最主要的工具之一。扩散泵是一种次级泵,它需要机械泵作为前级泵。

工作原理

扩散泵中的油在真空中加热到沸腾温度(约为200度)产生大量的油蒸气,油蒸气经导流管由各级喷嘴定向高速喷出。由于扩散泵进气口附近被抽气体的分压强高于蒸气流中该气体的分压强。这样,被抽气体分子沿着蒸气方向高速运动,气体分子碰到泵壁又反射回来,再受到蒸气流碰撞而重新沿蒸气流方向流向泵壁。经过几次碰撞后,气体分子被压缩到低真空端,再由下几级喷嘴喷出的蒸气进气多级压缩,最后由前级泵抽走,而油蒸气在冷却的泵壁上被冷凝后又返回到下层重新被加热,如此循环工作达到抽气目的。

组成结构
高真空泵扩散泵主要结构有泵体、冷却帽、喷嘴、蒸气导流管、加热器和冷却器等。

性能参数

通常扩散泵的性能是以极限真空、最大反压强、抽气速率以及设置冷阱或低温挡板而定。
1.极限真空
如果对一般油扩散泵的结构进行改进,如减少油蒸气的返流,加分镏装置,合理分配加热功率,改进喷嘴角度设计,加以挡油帽、障板或冷阱、吸附阱等,就能使扩散泵性能大大改善,极限真空可达到更低的压强。
2.最大反压强
最大反压强是指扩散泵所允许的前置压强最大值。如果前级泵所产生的压强高于最大反压强,则扩散泵就不能正常工作。
3.抽气速率
扩散泵的抽速可根据气体分子运动理论来推算出来。
4.设置冷阱及低温挡板的原因
由于扩散泵喷嘴喷出来的油蒸气分子,大部分由泵壁冷凝,这是因为泵壁外设置冷却水套或冷却管道的缘故。但是有少部分蒸气分子被泵壁反射,散射会返回被抽空间,这种现象在低温实验室中要特别注意。如在扩散泵和被抽容器之前加上冷阱或低温挡板,这样就能使返加的蒸气被冷凝下来,截止了油蒸气的返流。
影响油扩散泵性能的因素如下。
1、油扩散泵的返流。
2、气体分子的反扩散。
3、扩散泵油的裂化分解,一般扩散泵对其工作油的要求是饱和蒸气压以内(室温下0.00000001Pa左右),受热稳定性好,不易被氧化,分子量大的高沸点的液体,如硅油是扩散泵中比较理想的工作油。
4、泵清洗不干净,污染物质留在泵内并重复循环,影响其真空度。

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