小抽速离子泵寿命考核装置的制作方法

1.本实用新型涉及离子泵寿命考核技术领域，具体而言，涉及一种小抽速离子泵寿命考核装置。


背景技术：

2.目前，用于氢原子频标的小抽速离子泵抽速范围一般在1l/s～8l/s，其与吸气剂泵一起组合成复合泵共同维持氢原子频标内真空环境的高真空度，为氢原子提供一个理想的高真空环境。其工作时，加3kv～5kv高压，在阴阳极之间形成一个强电势，同时叠加一个强磁场，实现内部空间电子的螺旋加速运动。当内部环境有气体分子时，被高速电子碰撞形成离子，大质量离子被电磁场加速撞击离子泵阴极钛板形成钛膜覆盖在阳极圈上，实现对空间气体分子的吸附抽除，以达到内真空环境真空度要求。显然，小抽速离子泵属于氢原子频标内的耗损部件，具有一定的使用寿命。市售货架产品一般标有标称使用寿命，但上述标称寿命有如下不足之处：
3.(1)氢原子频标用离子泵工作环境特殊，主要的气体负载是氢气，而市面离子泵货架产品的标称寿命是按照负载气体为氮气考核，离子泵对不同气体负载的使用寿命存在差异，无法采用该货架产品标称工作寿命来判断氢原子频标用小抽速离子泵工作寿命；
4.(2)氢原子频标内还有一种离子泵为非标自研部件，也需要考核其工作寿命；
5.综上两点，需要设计一种小抽速离子泵寿命考核装置，以考核氢原子频标所用离子泵的工作寿命，用于评估氢原子频标的整机寿命。


技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的在于提供一种小抽速离子泵寿命考核装置，以用于考核氢原子频标所用离子泵的工作寿命。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种小抽速离子泵寿命考核装置，包括：
8.氢源罐，所述氢源罐上设置有开关阀；
9.提纯器，所述提纯器通过连接管与所述开关阀连接，所述提纯器通过恒流源加电；
10.三通，所述三通包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一端口与所述提纯器密封连接；
11.被测离子泵，所述被测离子泵与所述第二端口密封连接，所述被测离子泵通过高压电源加电；
12.真空阀门，所述真空阀门与所述第三端口密封连接；
13.分子泵组，所述分子泵组与所述真空阀门连接；
14.数据处理器，所述数据处理器与所述被测离子泵电连接，以用于对所述被测离子泵高压电源离子流数据进行采集和处理。
15.进一步地，所述提纯器为镍提纯器。
16.进一步地，所述第一端口、所述第二端口以及所述第三端口均设置有连接法兰，所
述连接法兰与所述被测离子泵之间、所述连接法兰与所述真空阀门之间、以及所述连接法兰与所述提纯器之间均设置有密封圈。
17.进一步地，所述密封圈为无氧铜密封圈；和/或，
18.所述第一端与所述提纯器之间的所述连接法兰为与所述提纯器相适配的非标准法兰；和/或，
19.所述第二端口与所述被测离子泵之间的所述连接法兰为cf16法兰；和/或，
20.所述第三端口与所述真空阀门之间的所述连接法兰为cf16法兰。
21.进一步地，所述真空阀门为cf16高真空金属阀门。
22.进一步地，所述三通的管径为6mm至8mm，所述三通的壁厚为2mm至3mm。
23.应用本实用新型的技术方案，采用本实用新型的寿命考核装置对小抽速离子泵的寿命进行考核时，用恒流源给提纯器加电，同时打开氢源罐的开关阀。恒流源电流设定值可根据被测离子泵离子流大小自行设定。被测离子泵正常工作状态下离子流比较平稳，当离子流出现大幅波动甚至瞬间冲高又回落时，表明被测离子泵寿命接近尾声，直至离子泵短路，被测离子泵的高压电源无法工作，表明被测离子泵寿命考核结束，然后通过数据处理器整理采集数据，即可计算得到被测离子泵的工作寿命。通过本实用新型的小抽速离子泵寿命考核装置，可以客观、真实、有效的考核被测离子泵在特定气体负载下的使用寿命，能够提高氢原子频标整机可靠性与寿命评估的精度。
附图说明
24.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附
25.图中：
26.图1是本实用新型实施例公开的小抽速离子泵寿命考核装置的主视图；
27.图2是本实用新型实施例公开的小抽速离子泵寿命考核方法的流程图。
28.其中，上述附图包括以下附图标记：
29.10、氢源罐；11、开关阀；20、提纯器；30、连接管；40、三通；41、第一端口；42、第二端口；43、第三端口；401、连接法兰；50、被测离子泵；60、真空阀门。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技
术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
33.实施例一
34.参见图1所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种小抽速离子泵寿命考核装置，下称寿命考核装置，该寿命考核装置尤其适用于对测定氢原子频标用小抽速离子泵的寿命进行考核。该寿命考核装置包括氢源罐10、提纯器20、三通40、被测离子泵50、真空阀门60、分子泵组(图中未示出)以及数据处理器。
35.其中，氢源罐10上设置有开关阀11，该开关阀11用于对氢源罐10的开闭进行控制；提纯器20通过连接管30与开关阀11连接，便于对氢源罐10输送过来的氢进行提纯处理，该提纯器20通过恒流源(图中未示出)加电；三通40包括第一端口41、第二端口42以及第三端口43，第一端口41与提纯器20密封连接，第二端口42与被测离子泵50密封连接，被测离子泵50通过高压电源加电；第三端口43与真空阀门60密封连接；分子泵组与真空阀门60连接；数据处理器(例如计算机)与被测离子泵50电连接，以用于对被测离子泵50的高压电源离子流数据进行采集和处理。
36.采用本实用新型的寿命考核装置对小抽速离子泵的寿命进行考核时，用恒流源给提纯器20加电，同时打开氢源罐10的开关阀11。恒流源电流设定值可根据被测离子泵50离子流大小自行设定。通常将恒流源的电流设置为0.2a～0.4a，离子泵离子流10μa到200μa之间，可以连续采集被测离子泵50的高压电源离子流数据。被测离子泵50正常工作状态下离子流比较平稳，当离子流出现大幅波动甚至瞬间冲高又回落时，表明被测离子泵50寿命接近尾声，直至离子泵短路，被测离子泵50的高压电源无法工作，表明被测离子泵50寿命考核结束，然后通过数据处理器整理采集数据，即可计算得到被测离子泵50的工作寿命。通过本实用新型的小抽速离子泵寿命考核装置，可以客观、真实、有效的考核被测离子泵50在特定气体负载下的使用寿命，能够提高氢原子频标整机可靠性与寿命评估的精度。
37.再次结合图1所示，本实施例中的氢源罐10可以呈圆柱形罐状设置、还可以呈棱柱形罐装设置或者其他异形罐，只要是便于对氢进行存储的其他变形方式，均在本实用新型的保护范围之内。具体设计时，将开关阀11设置在氢源罐10的顶端，便于将氢源罐10内氢完全排放出来，能够提高氢源罐10内的氢的利用率，避免氢的浪费。
38.进一步地，本实施例中的提纯器20为镍提纯器，也即是说，本实施例中的提纯器20为采用镍制备而成的提纯器20，镍是一种硬而有延展性并具有铁磁性的金属，它具有高度磨光和抗腐蚀性，能够很好地适应氢原子频标内真空环境的高真空度。
39.为了将提纯器20、真空阀门60以及被测离子泵50与三通40稳定地连接在一起，本实施例的三通40的第一端口41、第二端口42以及第三端口43均设置有连接法兰401，该连接法兰401与被测离子泵50之间、连接法兰401与真空阀门60之间、以及连接法兰401与提纯器20之间均设置有密封圈(图中未出)。其中，连接法兰401与第一端口41、第二端口42以及第三端口43之间可以通过焊接的方式连接在一起，也可以采用一体成型的方式加工在一起，当然，还可以通过紧固件锁定在一起，本实施例中优选采用焊接的方式将连接法兰401与第
一端口41、第二端口42以及第三端口43固定连接一起，如此，能够降低两者的加工成本，且密封性能更好，便于满足该寿命考核装置的高真空工作环境。通过在连接法兰401与被测离子泵50之间、连接法兰401与真空阀门60之间、以及连接法兰401与提纯器20之间设置密封圈，能够保证该寿命考核装置的密封性，进一步满足该寿命考核装置的高真空工作环境。
40.可选地，本实施例中的密封圈为无氧铜密封圈，该无氧铜密封圈能够很好地适应该寿命考核装置的高真空工作环境，提高该寿命考核装置的稳定性和可靠性。
41.具体地，本实施例中的第一端口41与提纯器20之间的连接法兰401为与提纯器20相适配的非标准法兰；第二端口42与被测离子泵50之间的连接法兰401为cf16法兰；第三端口43与真空阀门60之间的连接法兰401为cf16法兰，对应地，真空阀门60为cf16高真空金属阀门。如此设置，能够很好地适应该寿命考核装置的高真空工作环境，能够进一步提高本实用新型中的小抽速离子泵寿命考核装置的稳定性和可靠性。
42.进一步地，本实施例中的三通40的管径为6mm至8mm，例如6mm、7mm或者8mm等，三通40的壁厚为2mm至3mm，例如2mm、2.5mm或者3mm等，三通40的单端长为100mm。对应无氧铜密封圈内外径分别为6mm、10mm，厚度为3mm。该三通40可以采用不锈钢或钛材加工而成，具有一定的力学稳定性，便于提高本实施例中的寿命考核装置的稳定性。使用时，通过调整恒流源使被测离子泵50的高压电源离子流稳定在100微安左右，并用利用数据处理器，例如计算机实时采集记录数据。当离子流出现大幅波动甚至瞬间冲高又回落时，直至离子泵短路，被测离子泵50的高压电源无法工作，表明被测离子泵50寿命考核结束，然后通过数据处理器整理采集数据，即可计算得到被测离子泵50的工作寿命。通过本实用新型的小抽速离子泵寿命考核装置，可以客观、真实、有效的考核被测离子泵50在特定气体负载下的使用寿命，能够提高氢原子频标整机可靠性与寿命评估的精度。
43.实施例二
44.参见图2所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种小抽速离子泵寿命考核方法，该小抽速离子泵寿命考核方法采用实施例一中的小抽速离子泵寿命考核装置执行，考核方法包括如下步骤：
45.s1、预处理步骤：对三通40进行检漏并搭建小抽速离子泵寿命考核装置。
46.在该步骤中，首先对三通40进行检漏，对三通40检漏时，将三通40的第三端口43与真空阀门60封接，将三通40的第一端口41和第二端口42用适配的盲板、无氧铜密封圈以及螺钉实现真空密封，也即是说，将盲板通过螺钉固定在第一端口41处的连接法兰401上，对应将另一盲板通过螺钉固定连接在第二端口42处的连接法兰401上，并采用无氧铜密封圈将连接法兰401和盲板之间的间隙密封，最后用检漏仪检漏，当三通40的漏率优于3e-11pam3/s时，对三通40喷吹氦气，如果5min内检漏仪漏率示数不增加则表明三通40满足设计要求，可以开展后续工作，即将三通40搭建在小抽速离子泵寿命考核装置中。如果三通40不满足设计要求，则需要重新设计满足要求的三通40，然后检漏直至满足设计要求。
47.完成对三通40的检漏之后，进行装置搭建，在装置搭建步骤中，首先将连接在第一端口41和第二端口42处的盲板拆下，然后再将事先准备好的提纯器20封接在第一端口41处(具体通过连接法兰401、螺钉以及无氧铜密封圈密封连接在第一端口41处)，接着再将被测离子泵50封接在第二端口42处(具体通过连接法兰401、螺钉以及无氧铜密封圈密封连接在第二端口42处)，并按照三通40检漏方式对小抽速离子泵寿命考核装置的密封性进行检测，
也即，用检漏仪检漏，当小抽速离子泵寿命考核装置的漏率优于3e-11pam3/s时，对小抽速离子泵寿命考核装置喷吹氦气，如果5min内检漏仪漏率示数不增加则表明小抽速离子泵寿命考核装置满足设计要求。
48.s2、高真空制备步骤：对小抽速离子泵寿命考核装置进行除气并将小抽速离子泵寿命考核装置抽至高真空。
49.该步骤的目的是对小抽速离子泵寿命考核装置进行除气，使该寿命考核装置可以实现高真空工作环境。具体操作为：将真空阀门60接到分子泵组并将小抽速离子泵寿命考核装置抽至真空度不小于10-5
pa，同时在小抽速离子泵寿命考核装置上缠绕加热带，将小抽速离子泵寿命考核装置烘烤至不低于150℃，然后保温不小于24小时后降至室温以达到除气的目的。然后再启动被测离子泵50高压电源，当被测离子泵50高压电源离子流从一个瞬间最大值逐渐下降至10μa以内时，关闭真空阀门60，随后关闭分子泵组并从真空阀门60的抽气口移除，移除分子泵组瞬间，如果被测离子泵50的离子流无变大，表明小抽速离子泵寿命考核装置完成高真空制备，可以开展离子泵寿命考核工作。
50.s3、考核步骤：利用恒流源对提纯器20加电并打开氢源罐10的开关阀11，并对被测离子泵的离子流数据进行采集，当被测离子泵50的离子流出现大幅波动甚至瞬间冲高又回落直至被测离子泵50短路时(此时被测离子泵50高压电源无法工作)，则表明被测离子泵50寿命考核结束。
51.在该步骤中，恒流源电流设定值可根据被测离子泵50的离子流大小自行设定。通常恒流源电流为0.2a～0.4a，被测离子泵50的离子流为10μa到200μa之间，可以连续采集被测离子泵50高压电源离子流数据。被测离子泵50正常工作状态下离子流比较平稳，当离子流出现大幅波动甚至瞬间冲高又回落时，表明离子泵寿命接近尾声，直至被测离子泵50短路，高压电源无法工作，则表明离子泵寿命考核结束。
52.s4、数据处理步骤：利用数据处理器进行数据处理并计算得到被测离子泵的工作寿命。
53.在该步骤中，可以利用数据处理器，例如计算机等对被测离子泵50的高压电源离子流数据以及考核时间进行采集，然后计算得到上述的被测离子泵50的工作寿命。在该步骤中，可以利用至少三个，例如三个、五个、七个被测离子泵50的数据计算取平均值得到上述被测离子泵50的工作寿命。如此，可以提高被测离子泵50工作寿命的考核精度。可以理解的是，在该步骤中，上述的至少三个被测离子泵50可以通过重复步骤s3考核并采集得到。
54.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：本实用新型的小抽速离子泵寿命考核装置包括：氢源、镍提纯器、cf16高真空金属阀门、被测离子泵、三通含三个法兰口、密封紧固螺钉、无氧铜密封圈等。其中，三通采用不锈钢制作。使用时，先烘烤制备高真空实现离子泵加高压，然后对提纯器加稳恒电流，此时离子泵将处于有气体负载的稳定工作状态。在该状态下，长期稳定工作直至离子泵寿命结束将实现离子泵寿命考核。该小抽速离子泵寿命考核装置和考核方法可以客观、真实、有效的测定离子泵特定气体负载下的使用寿命，这对氢原子频标整机可靠性与寿命评估是必不可少的。
55.此外，需要说明的是，本技术中使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
56.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。