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                  科學儀器的“心臟” --渦輪分子泵

                  發布日期:2023-4-5 15:35:10

                  科學儀器一般是指科學家使用的用來采集、處理數據、實驗、測量和檢查樣本等活動的儀器裝置,它們可以幫助科學家們更加容易地能夠收集更多、更準確的觀測數據。 科學儀器應用廣泛,物理學、化學、地理學、天文學、生物學.材料科學等,各個科學研究領域都會使用儀器特定的科學儀器來獲取有效的數據。

                  在介紹“心臟”分子渦輪泵之前,我們先了解下真空環境在科學研究中具有非常重要的意義。

                  因為它可以提供以下優勢和應用:

                  -- 消除氣體干擾:真空環境可以消除大多數氣體分子,從而避免其與實驗樣品相互作用或干擾,使得實驗結果更加準確可靠。

                  -- 防止材料氧化:在真空環境下,可以防止一些材料由于氧化反應而被污染或損壞,尤其是對于高溫的固態反應、納米制備技術以及電子器件制造等領域尤為重要。

                  -- 研究極低壓下的物理現象:一些科學研究需要探索極低壓下的物理現象,例如太空科學、星際物理等領域。

                  上述的作用可以在電子顯微鏡、質譜儀、光譜儀、氣譜儀、核磁共振儀器等得到淋漓盡致的體現??傊档捅尘案蓴_、提高分析精確度、減少設備故障率都與真空環境有著息息相關的聯系。研究數據越是精密精準,對于真空的要求就越高。

                  真空環境的形成:

                  在科學研究中,如何科學的獲得真空呢?在科學設備中,一般通過真空泵來獲取高真空。最簡單的真空泵就是機械泵,原理上和小氣筒抽氣是一樣的。只不過是通過轉子旋轉,將空氣從吸氣口吸入,然后從出氣口排出。機械泵能夠達到的真空度大概是1Pa,也就是大氣壓的十萬分之一。當然了,這樣的真空度還遠遠達不到很多物理實驗的要求。這時就要請出一位“泵”屆大佬,分子泵。分子泵利用靠高速旋轉的動葉片和靜止的定葉片相互配合,給空氣分子一個額外的定向速度,從腔體中抽出。分子泵只可以用來抽已經具有一定真空度的腔體,并且其出氣端也要保證有較好的真空度防止氣體倒灌傷害葉片。我們采取的辦法是給分子泵接入一個前級泵,一般都是用機械泵。只有先用機械泵將腔體中的真空度抽至10Pa以下的時候,分子泵才可以啟動。并且只要分子泵在啟動狀態,前級機械泵就要一致維持運轉。啟動和關閉都要嚴格遵循程序,否則就可能造成“機毀泵亡”哦。當然大家不用害怕,一般科學儀器都會配置UPS不間斷電源的。

                  現在我們來介紹“心臟”了--- 渦輪分子泵

                  渦輪分子泵屬于動量真空泵的范疇,它們的設計類似于渦輪機的設計,多級具有葉盤的渦輪狀轉子在殼體內旋轉,渦輪機或壓縮機的葉片被統稱為葉片裝置,轉子盤之間插入具有類似幾何形狀的葉片定子盤。

                  先看一下分子渦輪泵的組成,這個是電子驅動單元,這個是陶瓷球軸承,旋轉軸,定子片,轉子片,永磁軸承,安全軸承。

                  渦輪分子泵工作原理是,是基于將動量從快速旋轉的葉片傳輸給被泵送的氣體分子,與葉片碰撞的分子被吸附在葉片上,然后在一段時間后再次離開葉片,在該過程中,葉片速度被加到分子熱運動速度上,為確保由葉片傳輸的速度成分不因與其他分子碰撞而損失,分子流必須在泵中占主導地位,也就是上期說的平均自由程必須大于葉片間距。氣體粒子進入渦輪泵,這些粒子撞到定子片時,會發生漫反射,當粒子撞到轉子片時,它們的熱速度與轉子的速度相疊加,被撞擊到下層葉片中,下層葉片繼續反復這個過程,氣體粒子就沿著前級真空法蘭的方向被壓縮,隨著腔內氣體分子越來越少,腔內的真空度越來越高,最后達到目標真空度,氣體順著法蘭由前級真空被排出,離開渦輪泵。

                  常見的實驗用分子泵滿轉速可以達到1500Hz,也就是每分鐘90,000轉要知道,航空發動機的轉速都不會高于500Hz,由此可見分子泵的抽氣能力是很強的。不過分子泵的高轉速使得它十分“脆弱”。一?;覊m甚至氣體本身都會對運轉中的風扇造成巨大的傷害。如果非正常斷電造成的泄真空的過程,分子渦輪泵無法很緩慢的降低轉數,無法低于一定轉數后可以進行關機。一般質譜儀、電鏡、氣液相儀器都是配UPS不簡單電源使用的。 其實斷電并不是最可怕的事情,電壓不穩定,電力中斷8ms以上都會對轉數失去控制。這個時候轉數迅速的下降上升,將會磨損渦輪泵的軸承,甚至會將脆弱的葉片瞬間打斷??茖W儀器領域常用的渦輪分子泵主要是英國Edwards和德國Pfeiffer,基礎型號價格在10萬-20萬。

                  相對于高昂分子泵價格,為科學儀器配置一臺 工業UPS不間斷電源 就顯得非常有必要了。 需要特別提醒UPS不間斷電源也分高頻UPS和工頻UPS;推薦大家選購工頻UPS不間斷電源。更大的電池儲備時間、更快的響應速度、更穩定輸出,最重要的是在線式供電模式基本杜絕電壓不穩與閃爍。我們推薦 ZGD系列UPS產品,其制造商谷登電氣擁有20余年歷史。

                  電子顯微鏡、質譜儀、氣相儀在科學研究中廣泛的應用,作為他們的“心臟”渦輪分子泵舉足輕重。 這些儀器所能取得每一項分析數據都是極其珍貴的,為了保護好它們,必須考慮增配一臺 工頻UPS不間斷電源。 
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