真空知识解析
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• 冷泵的冷头经过长时间的气体吸附，吸附能力也会逐渐下降。 • 这个时候就需要对冷泵进行再生。 • 再生的方式是用加热的氮气对冷泵内部进行90分钟的吹扫。冷头上吸 附的气体在这个过程中会释放从而被氮气带走，经过充分的吹扫，冷 头恢复洁净状态。 • 再经过压缩的氦气对冷头的降温，冷泵实现再生。
真空规的分类：
气体流动的种类
气体的流动条件会随着压力的减小而改变，气体的流动种 类分为三种：湍流、层流和分子流。
气体流动图示
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
粘性流动
粘性层流
分子流
常用真空单位：Torr, bar, Pa, atm（kgf/cm2），
psi(磅/平方英寸) 一个大气压 = 766 Torr = 1bar = 14.5psi = 105Pa
• Capacitance manomenter
• Convectron gauge • TC gauge • Ion gauge
Capacitance manomenter
• 测量范围： 0.5mT-100mT。 靠隔膜和计数电 极之间电容的变 化来反应压力的 变化。 0–10 VDC corresponds to 0.5–100 mTorr, 102.3mT表示满 量程。
网格
加热的灯丝
离子收集器
THANK YOU!
冷泵的吸附可以分为三级来完成：
• 80 K array：一级冷凝面由镀镍铜制成，主要吸附水蒸汽、碳氢化合 物。
• 15 K array(快速再生):二级冷凝面也是由镀镍铜制成，主要吸附N2, O2, Ar, CO2, and CO 。
• 最底层的活性炭主要吸附H2, He, and Ne 。
冷泵的再生
罗茨鼓风机（roots blower）
• 为了减少抽气时间、增加抽气速率，通常 会在机械泵的基础上再加装一台罗茨鼓风 机，加装罗茨鼓风机后的泵组，可以将抽 气速率提升20%左右。
罗茨鼓风机工作原理图
进气口
转子
内壁
排气口
分子泵 （turbomolecular pump）
分子泵工作原理图
密封圈 进气口 固定片 转子 电机 电机轴 冷却水通道 水供应/返回口 旋转方向 流动方向 转子
实现真空的方法 —— 真空泵
• 依据可以实现真空的能力分为：
• 机械泵 • 分子泵 • 冷泵
各类泵的抽真空能力
粗真空 粗轴泵 罗茨鼓风机 低温泵
中真空
高真空
超高真空
涡轮泵
机械泵（ Roughing Pump）
机械泵工作原理图
排气口 交叉
进气口
排气阀
转子1 叶片2 转子2 叶片1
第二阶段
第一阶段
TC gauge
• • 测量范围： 1mT-1000T。 压力值的变化， 分子运动活性会 随之变化，进而 导致灯丝的温度 的变化，热偶的 阻值也随之变化， 用TC阻值的变化 来实现压力测量。
Ion gauge （离子计）
• 测量范围： 10-3--10-9T. 灯丝将环境中的气体分 子电离，被电离的离子 由搜集器收集，形成电 流，电流的大小反应压 力值的大小。
真空知识解析
制作： 鲍云峰
真空的基本概念
• 什么是真空呢？ • 一句话，就是当容器里的气压低于标准大 气压时，即为真空现象。其标准的定义为： 在标准温度和压力下，当一升容积的容器 里的气体分子数少于2.7×1022个时，就产 生了真空现象。
Mean Free Path
• 平均自由程是指两次碰撞之间一个分子平均所走的距离。 平均自由程的大小取决于气体的温度、压力及分子的尺寸。
支持端口
固定片
返扩散
冷泵 (cryopump)
冷泵构造图
二级管连接器 TC计 置换剂
车载控制器
80K阵列
再生氮 前级管道连接 氦回港 进气口
辅助TC计
氦自动入港口
冷头
电源连接器
减压阀
15K阵列
压缩机构造
低温泵开关 低温泵电源连接器 输入电源连接器 油的视线玻 璃（前面）
充氦气的拟合 手动充气阀 氦返回压力表
供水口 回水口 氦回港 电气控制机箱 氦气供应端口
供应压力安全阀
安全阀回座压力 差示压力救济阀 吸附器 压力切断阀
冷泵工作原理
以氦气作为制冷剂，即热量载体。压缩机将氦气 压缩至200psi的高压，高压的氦气在冷泵冷头处 膨胀吸热，实现冷头的降温，冷头的温度最终降 到10K（-263 °C）左右来实现对气体的吸附。吸 热膨胀后氦气回到压缩机中重新被压缩，体积压 缩过程中释放的热量被冷却循环水带走。
•
Convectron gauge
• 测量范围： 1mT-766T。 压力值的变化，分子活性 变化，sensor filament的 温度就会随之变化，灯丝 阻值随之变化，惠斯通电 桥就会电压失衡，输入电 压随之调节，电桥的电压 变化来反应压力值的变化。 The analog voltage range is 0–10 VDC which corresponds to 1 mTorr -1000 Torr. At 760 Torr, the output voltage is about 8.79 VDC.
真空规的分类：
气体流动的种类
气体的流动条件会随着压力的减小而改变，气体的流动种 类分为三种：湍流、层流和分子流。
气体流动图示
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
粘性流动
粘性层流
分子流
常用真空单位：Torr, bar, Pa, atm（kgf/cm2），
psi(磅/平方英寸) 一个大气压 = 766 Torr = 1bar = 14.5psi = 105Pa
• Capacitance manomenter
• Convectron gauge • TC gauge • Ion gauge
Capacitance manomenter
• 测量范围： 0.5mT-100mT。 靠隔膜和计数电 极之间电容的变 化来反应压力的 变化。 0–10 VDC corresponds to 0.5–100 mTorr, 102.3mT表示满 量程。
网格
加热的灯丝
离子收集器
THANK YOU!
冷泵的吸附可以分为三级来完成：
• 80 K array：一级冷凝面由镀镍铜制成，主要吸附水蒸汽、碳氢化合 物。
• 15 K array(快速再生):二级冷凝面也是由镀镍铜制成，主要吸附N2, O2, Ar, CO2, and CO 。
• 最底层的活性炭主要吸附H2, He, and Ne 。
冷泵的再生
罗茨鼓风机（roots blower）
• 为了减少抽气时间、增加抽气速率，通常 会在机械泵的基础上再加装一台罗茨鼓风 机，加装罗茨鼓风机后的泵组，可以将抽 气速率提升20%左右。
罗茨鼓风机工作原理图
进气口
转子
内壁
排气口
分子泵 （turbomolecular pump）
分子泵工作原理图
密封圈 进气口 固定片 转子 电机 电机轴 冷却水通道 水供应/返回口 旋转方向 流动方向 转子
实现真空的方法 —— 真空泵
• 依据可以实现真空的能力分为：
• 机械泵 • 分子泵 • 冷泵
各类泵的抽真空能力
粗真空 粗轴泵 罗茨鼓风机 低温泵
中真空
高真空
超高真空
涡轮泵
机械泵（ Roughing Pump）
机械泵工作原理图
排气口 交叉
进气口
排气阀
转子1 叶片2 转子2 叶片1
第二阶段
第一阶段
TC gauge
• • 测量范围： 1mT-1000T。 压力值的变化， 分子运动活性会 随之变化，进而 导致灯丝的温度 的变化，热偶的 阻值也随之变化， 用TC阻值的变化 来实现压力测量。
Ion gauge （离子计）
• 测量范围： 10-3--10-9T. 灯丝将环境中的气体分 子电离，被电离的离子 由搜集器收集，形成电 流，电流的大小反应压 力值的大小。
真空知识解析
制作： 鲍云峰
真空的基本概念
• 什么是真空呢？ • 一句话，就是当容器里的气压低于标准大 气压时，即为真空现象。其标准的定义为： 在标准温度和压力下，当一升容积的容器 里的气体分子数少于2.7×1022个时，就产 生了真空现象。
Mean Free Path
• 平均自由程是指两次碰撞之间一个分子平均所走的距离。 平均自由程的大小取决于气体的温度、压力及分子的尺寸。
支持端口
固定片
返扩散
冷泵 (cryopump)
冷泵构造图
二级管连接器 TC计 置换剂
车载控制器
80K阵列
再生氮 前级管道连接 氦回港 进气口
辅助TC计
氦自动入港口
冷头
电源连接器
减压阀
15K阵列
压缩机构造
低温泵开关 低温泵电源连接器 输入电源连接器 油的视线玻 璃（前面）
充氦气的拟合 手动充气阀 氦返回压力表
供水口 回水口 氦回港 电气控制机箱 氦气供应端口
供应压力安全阀
安全阀回座压力 差示压力救济阀 吸附器 压力切断阀
冷泵工作原理
以氦气作为制冷剂，即热量载体。压缩机将氦气 压缩至200psi的高压，高压的氦气在冷泵冷头处 膨胀吸热，实现冷头的降温，冷头的温度最终降 到10K（-263 °C）左右来实现对气体的吸附。吸 热膨胀后氦气回到压缩机中重新被压缩，体积压 缩过程中释放的热量被冷却循环水带走。
•
Convectron gauge
• 测量范围： 1mT-766T。 压力值的变化，分子活性 变化，sensor filament的 温度就会随之变化，灯丝 阻值随之变化，惠斯通电 桥就会电压失衡，输入电 压随之调节，电桥的电压 变化来反应压力值的变化。 The analog voltage range is 0–10 VDC which corresponds to 1 mTorr -1000 Torr. At 760 Torr, the output voltage is about 8.79 VDC.