Metingen aan pompeigenschappen. Cursus Vacuümtechniek 1

Metingen aan pompeigenschappen

Cursus Vacuümtechniek

1

Nog even iets van de vorige keer Problem: The gas load of the 5% model was measured to be a rate of 5.10-4 torr-L/sec at room temperature. Assume the gas load of the pixel detector is 20 times the measured rate for the 5% model. This would make the gas load for the detector 0.01 torr-L/sec. Two cryopanels will be used as a primary water pump for the pixel vacuum vessel. Assuming the entire source of the gas load is outgassing of water (a conservative assumption), how thick can the ice build up on the cryopanel before the panel must be regenerated?


2

Even oude kennis ophalen Definitie pompsnelheid Pomp aan vat via buis Begrip effectieve pompsnelheid


3

Een paar vragen

C


4

Nog een paar vragen

V V


5

Invuloefening


6

Meten van bereikbare einddruk

2

einddrukken bepaald door de compressieverhouding van de pomp "einddrukken" bepaald door desorptie vanuit de vacuümruimte systeemeigenschap!!

1 1. aansluiting gasinlaat 2. aansluiting drukmeetinstrument 3 3. aansluiting pomp Cursus Vacuümtechniek

7

Pomptijd van 105 - 103 Pa S is constant: constant

−V

dp = Sp dt

enkel-log-grafiek: rechte lijn, S wordt gegeven door de helling S =V

pomptijd:

Δ(ln p ) Δ(log p ) = 2,3V Δt Δt

p0 p0 V V t = ln( ) = 2,3 log( ) p S p S


8

Pomptijd in aanwezigheid van lek/desorptie dp −V + Q∞ = Sp ∞ dt

met Q∞ = Sp ∞ is de gasstroom na "oneindig lang " pompen p0 − p ∞ p0 − p ∞ V V ) = 2,3 log( ) t = ln( S p − p∞ S p − p∞

als Qlek >> Qdesorptie

Qlek dan: p = S

⎡ Pa.m 3 s −1 ⎤ ⎢ 3 −1 ⎥ m s ⎢⎣ ⎥⎦

als Qdesorptie >> Qlek dan: −V

dp + Qlek + Q0 e −t / τ = Sp dt

Q0 ( p0 − p ∞ ) − V S −V / τ t = ln Q0 S ( p − p∞ ) − [ ] e −t / τ S −V / τ Cursus Vacuümtechniek

9

p(t) kromme p = ( p0 − p ∞

S − t )e V

Q0 +[ ][ e S −V / τ

−

t

S − t τ −e V

] + p∞

voor p∞ << p0 en V/τ << S dan:

p − p ∞ = p0

S − t e V

Q0 + [e S

−

t

S − t τ −e V

S − t als pomptijd ligt tussen 1 en 10 uur dan e V

en:

Q0 p= e S

−

]

<< e

−

t

τ

t

τ

+ p∞


10

Voorbeeld van p(t) kromme


11

Einddruk ("ultimate pressure") De einddruk van een vacuümpomp aan een systeem is bereikt als verder pompen geen significante drukdaling meer tot gevolg heeft De totale einddruk bestaat uit partiële drukken van de verschillende gassen, gassen die in het systeem voorkomen Voor transportpompen in het voorvacümgebied is de pompsnelheid onafhankelijk van de gassamenstelling In het moleculaire stromingsgebied is de pompsnelheid afhankelijk van het soort gas, gas dus de restgassamenstelling is de som van alle partiële drukken Dus: als de einddruk is bereikt is er een evenwicht tussen de door de pomp verpompte hoeveelheid gas en wat er in omgekeerde richting stroom (backstreaming) Cursus Vacuümtechniek

12

Pomp-limiet versus systeem-limiet ⎛ Qi p1 = ⎜⎜ ∑ ⎝ Si

⎞ ⎛ Qi ⎟⎟ + ⎜⎜ ∑ ⎠ ext ⎝ S i

⎞ p 2i ⎟⎟ + ∑ Ki ⎠ int

bepaalt einddruk van de pomp p1 is de druk bij de inlaat van de pomp Qi is de gasstroom voor een bepaald gas p2i is de partiële druk van een bepaald gas aan de uitlaatzijde van de pomp Ki is compressiefactor van een bepaald gas Voor opslagpompen moet de laatste term vervangen worden door een term die het desorberend aantal moleculen aangeeft, die eerder verpompt zijn (herinneringseffect) Cursus Vacuümtechniek

13

Gegevens draaischuifpomp


14

Klopt dit ?


15

Meten pompsnelheid Het meten van de pompsnelheid van een vacuümpomp kan plaatsvinden volgens twee basisprincipes: basisprincipes

de constant volume methode de constante druk methode

Welke van beide methodes kan of moet worden toegepast, hangt af van de grootte van de te meten pompsnelheid.


16

Constant volume methode De meting bestaat uit het registreren van de drukdaling in het vat als functie van de tijd na het openen van de afsluiter naar de pomp Er wordt dan een p(t)-kromme verkregen


17

Voorbeeld van p(t) curve

S V


18

Constante druk methode (p > 10-4 Pa)

Schema van een opstelling voor het meten van de pompsnelheid bij constante druk. 1. doseerventiel 2. afsluiter 3. droogsysteem 4. flowmeter


19

Constante druk methode (p < 10-4 Pa) Het complete testsysteem wordt afgepompt en uitgestookt. Nadat de 'einddruk' pe is bereikt, wordt via het onderste doseerventiel (aansluiting B) droog gas ingelaten tot een druk p >> pe. Wanneer zich na enige tijd een evenwichtstoestand in beide testruimtes heeft ingesteld, wordt de elektronenelektronen emissie van de drukmeters zo afgeregeld dat beide buizen exact dezelfde druk aanwijzen. aanwijzen Nadat de gasinlaat vervolgens is gesloten, wordt gewacht tot opnieuw pe is bereikt. Vervolgens wordt via het bovenste doseerventiel (aansluiting A) gas ingelaten. Over het diafragma stelt zich nu een drukverschil in, waaruit de pompsnelheid kan worden berekend. Noemen we de gemeten drukken, eventueel gecorrigeerd voor de einddrukken, resp. p1 en p2 dan geldt:

en


20

Single-dome flow-meter opstelling


21

Two-gauge Fischer–Mommsen opstelling


22

Gemodificeerde Fischer–Mommsen opstelling


23

Geleidingsvermogen van een gaatje

pijp


24

Drukstijging en conclusie


25

Meten van de compressieverhouding Voor het meten van de compressieverhouding wordt een systeem zoals hienaast geschetst naar de einddruk gebracht. Vervolgens wordt het gewenste gas in het voorvacuüumgedeelte via een doseerventiel ingelaten. Hierbij dient erop te worden gelet dat de ingelaten gasstroom niet rechtstreeks is gericht in de drukmeetcel aan de voorvacuümzijde en dat deze meetcel is geplaatst tussen doseerventiel en hoogvacuümpomp. mpomp De meetcel bevindt zich dan in een gedeelte van de voorvacuümruimte waarin geen gasstroom heerst zodat een correcte voordrukaanwijzing wordt verkregen. In het gedeelte tussen doseerventiel en voorpomp is wel sprake van een gasstroom, als gevolg waarvan in dat gedeelte een drukgradiënt heerst. Bij het stijgen van de druk in het voorvacuüm zal ook de hoogvacuümdruk gaan stijgen. Zodra die stijging merkbaar wordt, laten we een drukevenwicht intreden en wordt vervolgens de toename van de hoogvacuümdruk bij een kleine toename van de voorvacuümdruk genoteerd. Voor de compressieverhouding K geldt dan:


26

Definitie compressieverhouding NEUROP


27

Enkele praktijkvoorbeelden


28

Voorbeeld van bepaling ontgassing


29

An assembly simulating 5% of the pixel detector, including 6 pixel stations, its carbon support, and aluminum heat sink/cable support, is built and its outgassing rate measured. The gas load of the 5% model is 5.10-4 torr at room temperature. When the heat sink is cooled to –160 0C and the substrates are not cooled, the pressure in the vacuum chamber was as low as 9.10-9 torr. The substrate temperature was 20 0C. Cursus Vacuümtechniek

30

5% model of pixel detector


31


32




33


34

Verschillende diafragma's


35

Roterende schijf


36

Meetopstelling


37

Theorie


38

Theorie (vervolg)


39

Theorie (vervolg)


40


41

Voorbeeld drukstijgingsmethode


42



43



44


45


46

Metingen aan pompeigenschappen. Cursus Vacuümtechniek 1

Recommend Documents