安捷倫真空:磁場(chǎng)環(huán)境對(duì)分子泵運(yùn)行的影響
許多設(shè)備在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),比如,家用電冰箱的磁場(chǎng)強(qiáng)度約有10高斯(1mT),MRI (核磁共振)的磁場(chǎng)強(qiáng)度甚至?xí)哌_(dá) 3T;盡管可以采取屏蔽等措施,仍然可能會(huì)有外漏的雜散磁場(chǎng),對(duì)工作在附近的分子泵產(chǎn)生不好的影響。
磁場(chǎng)對(duì)渦輪分子泵的可能影響當(dāng)渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí),會(huì)產(chǎn)生渦流。這些電流傾向于阻礙轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),并導(dǎo)致電機(jī)的功率增大。由于泵轉(zhuǎn)子不與定子接觸,渦流產(chǎn)生的熱量和額外的功率主要通過(guò)輻射消散。因此,轉(zhuǎn)子可能會(huì)過(guò)熱,即使泵體及其它靜止的部件仍然是冷的。為了確認(rèn)磁場(chǎng)對(duì)分子泵工作的影響,德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)設(shè)計(jì)并執(zhí)行了下面的測(cè)試:
測(cè)試條件和裝置被測(cè)分子泵的型號(hào)為 TwisTorr304 FS CFF6,使用一對(duì)亥姆霍茲線圈(直徑 120 厘米)來(lái)產(chǎn)生包圍整個(gè)泵的均勻磁場(chǎng)。
被測(cè)分子泵由一臺(tái)渦旋干泵作為前級(jí),分子泵的進(jìn)氣口壓力抽至 1E-3 mbar 以下(該壓力以下,熱對(duì)流幾乎為零,分子泵轉(zhuǎn)子的熱量?jī)H可以通過(guò)輻射傳遞出去很小的一部分)。
使用 20℃ 的冷卻水對(duì)分子泵持續(xù)進(jìn)行冷卻;分子泵的控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)整電機(jī)電流,保持轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
使用安裝于分子泵口的紅外溫度計(jì)測(cè)量被測(cè)試分子泵的轉(zhuǎn)子溫度。使用連接到分子泵外殼的 PT100 熱電阻測(cè)量定子的溫度。
測(cè)試過(guò)程試驗(yàn)期間,渦輪泵以滿轉(zhuǎn)速持續(xù)運(yùn)行。初始的磁場(chǎng)設(shè)置為 1mT ,泵在該磁場(chǎng)下運(yùn)行 12 個(gè)小時(shí)以穩(wěn)定轉(zhuǎn)子溫度;然后關(guān)閉磁場(chǎng),再運(yùn)行 12 個(gè)小時(shí)以使轉(zhuǎn)子降溫;然后再分別把磁場(chǎng)設(shè)置為 2mT,按照前面的步驟繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試,直至磁場(chǎng)增加到 7mT 。
測(cè)試結(jié)果如上圖所示,當(dāng)磁場(chǎng)逐步增加后,被測(cè)分子泵轉(zhuǎn)子的平衡溫度也隨之上升,當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為 7mT 時(shí),平衡溫度上升到 100 攝氏度左右(安捷倫分子泵的最大允許溫度為 120 度)。
另外,KIT 使用該測(cè)試平臺(tái)測(cè)試了另一臺(tái)其它品牌的分子泵,一系列的對(duì)比測(cè)試表明,安捷倫分子泵在相同的磁場(chǎng)條件下轉(zhuǎn)子的平衡溫度明顯較低( 5mT 時(shí),低大約40度)。
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