高真空系统

针对目前大多数气相色谱仪负压进样系统中存在的无法控制微量进样和真空度无法准确控制的问题，本文在发明专利“CN111239308A 一种在线高真空负压气体进样系统及方法”基础上提出了改进的解决方案。解决方案通过采用电容真空计、皮拉尼真空计、电控针阀和双通道真空度控制器组成的控制装置，可实现高真空范围内的任意设定点下的真空度快速和精密控制，使在线负压形式的微量气体进样方法真正能转化为实用的工程化仪器。

针对工作范围在5×10-7~1.3×106Pa，控制精度在0.1%~0.5%读数的全量程真空压力综合测量系统技术要求，本文提出了稳压室真空压力精密控制的技术方案。为保证控制精度，基于动态平衡法，技术方案在高真空、低真空和正压三个区间内分别采用了独立的控制方法和不同技术，所涉及的关键部件是微小进气流量调节装置、中等进气流量调节电动针阀、排气流量调节电动球阀、正压压力电子调节器和真空压力PID控制器。配合相应的高精度真空压力传感器，此技术方案可以达到控制精度要求，并已得到过试验验证。

许多前瞻性科技技术，例如粒子加速器、核聚变反应堆或 EUV 光刻技术都必须依赖高真空或超高真空。为了制造出这种持续的真空环境，并且维持在一定的真空度下，我们需要的不仅仅是能满足应用和技术规格的泵。同样重要的是需要在真空环境下对表面释放出的残余杂质进行精确的气体分析的仪器。然而，无论是设备的运营方，还是真空设备的制造商都需要仔细研究产品的特性、材料、及在真空环境中的表面处理和清洁方法。Pfeiffer Vacuum 丰富多样的产品组合为此类系统提供所有必要组件。Pfeiffer Vacuum 作为完整解决方案供应商为客户定制完美的残余气体分析设备。在残余气体分析中真空系统用于：■ 为高真空或超高真空选择合适的材料■ 检查电子构件、开关组和电缆在真空中的表现■ 评选适合的表面处理、镀膜合金材料■ 评估部件的清洗程序■ 检查真空烘烤程序■ 工艺控制Pfeiffer Vacuum 系统不仅为高真空和超高真空设备的运行方，还为真空部件的制造商提供优秀的残余气体分析解决方案。Pfeiffer Vacuum 也在本部使用残余气体分析，以便在开发和生产中测试其产品、表面处理和清洗程序的出气情况。以此确保 Pfeiffer Vacuum 产品适用于高真空和超高真空环境。此外，还可以检查涡轮分子泵的电机和前级真空部件的脱气状况。

为了避免误解，本文将 1E-3 mbar 至 1E-7 mbar 之间的压力范围定义为高真空（HV），将 1E-7 mbar 至 1E-12 mbar 之间的压力范围定义为超高真空（UHV）。下面是获得高真空和超高真空时非常关键的几点。

普发真空提供针对烘烤高真空应用的塑料或其他材料进行定制的完整系统。超高真空烘烤系统具有以下特点：具有电抛光内表面的圆柱形不锈钢室能够通过内置的冷却盘管和制冷/加热循环器加热到所需的运转温度。室门配备了一个氟橡胶(FPM) 制成的双密封胶圈，能够在不更换密封胶圈的前提下轻松开关不锈钢室。双密封胶圈通过粗抽泵排空气体以减少渗透。不锈钢室上的所有其它法兰都采用了 CF 法兰(ConFlat® ) 以减少渗透。CF 法兰密封由金属制成，最常用的密封材料是铜。CF 法兰通过将钢刀口施加到平的铜垫片上进行密封。法兰的轴环周围使用螺丝钉。整个不锈钢室被包围在一个特殊的兼容净室的隔热层内 (RRK 7)。尽可能表面积最小的自定义夹紧工具能够被设计成不同的组件形状。为了测量高达 5 · 10-9 mbar 的压力，使用了一个冷阴极测头和一个 Pirani 元件 (PKR 261) 进行测量。通过 HiPace 系列涡轮分子泵或 HiPace M 系列磁悬浮涡轮分子泵可以形成高真空，涡轮分子泵利用一个超高真空闸阀安装在不锈钢室上。在这一应用中可以在 ACP 系列的隔膜泵和多级罗茨泵之中选择一种作为干式前级泵。

目的：研究确定三七浸膏真空带式干燥的最优工艺条件，并与喷雾干燥和真空冷冻干燥方法比较干燥效果。方法：以三七浸膏干燥产品含水率及指标成分收率为考察指标，通过正交试验考察影响三七浸膏真空带式干燥过程的因素，并进行喷雾干燥和冷冻干燥对比实验，采用HPLC测定干燥前后三七5种皂角成分的含量变化。结果和结论：三七浸膏真空带式干燥最佳工艺条件为进料温度40℃、进料速率15ml• min-1、输送带速度4mm• min-1及加热系统温度(105，100℃)时，三七浸膏干燥所得产品的含水率为3.39%。真空带式干燥产品含水率低于喷雾干燥和真空冷冻干燥，且总回收率和指标成分收率高于后2种方法。

在高真空领域内摩擦测试Measurement of Friction Force in a high vacuum1.可以做真空中各种摩擦磨损的检测。2.在真空槽内检测，评价各种航空产业用润滑剂。3.润滑剂，润滑皮膜的磨损试验。

普发真空研发出了一整套适用于排空整个离心室的系统。这一特殊的真空系统由三个不同的部件组成：1. 用于主腔室的泵系统2. 用于贯通轴的泵系统3. 可选配用于油脱气的泵系统第一个分系统用于排空平衡涡轮的区域。根据不同需求由数量不同的装置组成。每个装置都由一个罗茨泵和一个作为前级泵的旋片泵组成。第二个分系统用于补偿传动轴的泄漏率，传动轴连接被排空的区域并因此产生泄漏。例如，为此可以采用两个小型旋片泵。也可选择一个用于油脱气的真空装置作为第三个分系统。这一真空装置由一个小型的罗茨泵和一个支撑旋片泵组成。油在闭合回路中流经轴承并流入一个容器中，在容器中进行脱气处理。这保证了轴承具有最佳的润滑度。

上海伯东德国 Pfeiffer 便携式检漏仪 ASM 310 成功应用于超高真空系统检漏检漏原因: 超高真空 Ultra-high vacuum, 真空度一般

摘要：针对高真空度用皮拉尼计和电离规信号的非线性和线性两种输出规格，为改进高真空度的测量和控制精度，本文提出了线性化处理的解决方案。解决方案的关键是采用多功能超高精度的真空压力控制器，具体内容一是采用控制器自带的最小二乘法多点拟合功能来进行高真空区间的非线性处理，二是采用控制器的数值转换功能对真空度对数线性输出进行相应测试量程转换。此解决方案还可以推广应用于其他具有非线性输出性质的传感器中。

本文介绍了根据客户要求对CVD管式炉真空控制系统进行升级改造的过程，分析了客户用CVD管式炉真空控制系统中存在的问题，这些问题在目前国产CVD和PECVD管式炉中普遍存在。本文还详细介绍了改造后的真空压力控制系统的工作原理、结构和相关部件参数等详细内容，改造后的真空压力控制精度得到大幅度提高。

摘要：针对用户提出的高温石英管加热炉真空度控制系统的升级改造，以及10~100Torr的真空度控制范围，本文在分析现有真空控制系统造成无法准确控制所存在问题的前提下，提出了切实可行的解决方案。解决方案对原有的无PID控制功能的压强自动控制仪和慢速大口径电动蝶阀进行了更换，采用了高精度可编程PID真空压力控制器，采用了口径较小响应速度更快的电动球阀。此解决方案已在多个真空领域得到应用，并可以达到±1%的高精度控制。

粒子加速器运行的一个重要因素是可靠且强大的真空系统。而像LHC这样非同寻常的机器对内置真空技术有着非常特殊的要求。极小误差可能导致整个加速器停止运行数小时。因此，整套真空系统必须是非常可靠的。此外，加速器中使用的所有设备必须能够承受高达1,000 Gy/a的辐射水平。而进行这些复杂测量的设备不能离开加速器的辐射区。因此，能在现场进行设备维护显得至关重要。为满足这些高要求，普发真空与CERN合作，对真空获得、真空测量和真空分析研发并实践了一套定制的真空解决方案。真空获得LHC分两种真空系统: 电子束真空和隔离真空。两种应用中都用到了普发真空的涡轮分子泵。这些泵经改进后都可以满足LHC的特殊要求。为了能在辐射环境中运行，泵体中都不能使用电子元件。要满足这些要求，普发真空研发了无传感器驱动概念，实现了泵的机械部件与电子部件的隔离。采用这一概念，电子部件可以放置在离真空泵1,000 m以外的地方，并定位在一个保护区域内。真空测量普发真空专门研发了特殊的测量设备，用来测量获得的真空。这些使用的设备是改进的皮拉尼和冷阴极真空计。它们用来长期监测加速器内的压力，并确保当压力增加时可以采取适当的行动。由于真空计同样暴露于高水平辐射中，它们被制造成无源传感器，没有集成的电子设备。所有电子设备都被安置在一个辐射安全区域内，并且经由长电缆连接至无源传感器。这些电缆通过精确的指令与CERN密切连接。这使冷阴极真空计可以测量达10-11 hPa的压力。通过一种特殊的点火过程，冷阴极真空计即使在压力非常低的情况下，也可以轻易打开。由于加速器的寿命约为30到40年，因此，只有采用寿命长的电子元件。氦检漏对LHC要求的超高真空压力，加速器使用的部件必须确保极低的漏率。因此，在安装部件之前，必须进行全方位的检漏。针对检漏，CERN采用了ASM系列检漏仪。使用这些设备，即使是细微到的10-13 Pa· m3/s 的泄漏也可以有效地被检测出来。真空分析除压力外，残余气体的组成也是加速器正常运行的一个重要因素。使用残余气体光谱仪，可以得出加速器内使用材料脱气相关的结论。为获得残余气体光谱，CERN采用了普发真空的质谱仪。对于超高真空中的残余气体测量，质谱仪分析仪本身具有较低的脱气率是非常重要的。除了真空退火离子源外，CERN使用的普发分析仪也拥有真空退火棒系统。使用这一方法，分析仪将产生一个极低的背景信号，尤其方便记录加速器内实际残余气体的比例。

真空炉, 即在炉腔这一特定空间内利用真空系统将炉腔内部分物质排出, 使炉腔内压强小于一个标准大气压, 炉腔内空间从而实现负空状态. 上海伯东某科研客户研究方向是特种高温合金, 材料需要在1000℃的环境进行熔合, 在这个温度下空气会影响金属原料熔合的品质, 客户考虑用分子泵来保证炉子的真空度不低于 1E-4Pa, 经过多次技术交流, 客户选择上海伯东 Pfeiffer Hicube 80 classic 分子泵组搭配全量程真空规 PKR 251 来解决需求. 该中型分子泵组在科研、小型工业生产领域应用广泛.

真空炉, 即在炉腔这一特定空间内利用真空系统将炉腔内部分物质排出, 使炉腔内压强小于一个标准大气压, 炉腔内空间从而实现负空状态. 上海伯东某科研客户研究方向是特种高温合金, 材料需要在1000℃的环境进行熔合, 在这个温度下空气会影响金属原料熔合的品质, 客户考虑用分子泵来保证炉子的真空度不低于 1E-4Pa, 经过多次技术交流, 客户选择上海伯东 Pfeiffer Hicube 80 classic 分子泵组搭配全量程真空规 PKR 251 来解决需求. 该中型分子泵组在科研、小型工业生产领域应用广泛.

Thermo Scientific针对空气敏感样品开发了惰性气体/真空保护样品传输系统CleanConnect，为空气敏感材料表征开拓出了全新视野。惰性气体/真空保护样品转移工作流程能够帮助科研工作者拓展空气敏感材料的研究边界，探究更多未知领域。

普发真空解决方案的优势一览：HiPace 30 涡轮分子泵■ 市场上最小的大功率涡轮分子泵■ 易于集成到小型分析系统中■ 低重量，非常适合移动使用■ 较长的保养间隔保证了较长的寿命周期HiPace 300 涡轮分子泵■ 特别适用于高真空和超高真空应用■ 非常高的压缩率，尤其适用于小分子气体■ 与隔膜泵结合使用也能实现最好的结果■ 间歇式运行可以节省超过 90％ 的能量，而不会损失任何动力SplitFlow™ 涡轮分子泵■ 由于结构紧凑，所以需要最小的空间■ 对所有气体均具有高抽速和最大压缩比■ 通过监控所有运行数据来最大限度地提高运行可靠性DuoLine 旋片泵■ 可选的免维护磁耦合可实现更长的使用寿命■ 优化的泵冷却增加了使用寿命和应用范围■ 通过液压控制的高真空安全阀实现高运行可靠性■ 由于占地面积小且真空连接布置经过优化，可轻松地进行系统集成MVP 隔膜泵■ 绝对干燥的无油真空■ 低振动和低噪音水平■ 紧凑型设计■ 运行可靠性高，隔膜寿命长?■ 隔膜和阀门更换方便，从而使维护很方便

摘要：低温结霜可视化实验装置主要用于模拟空间环境并研究深冷表面结霜现象，客户希望对现有实验装置的真空系统进行技术升级，以实现0.001Pa~1000Pa范围内真空度的准确控制。为此本文提出了分段控制解决方案，即采用电容真空计、电动针阀、电动球阀和低真空控制器构成低真空控制回路；采用皮拉尼计、可变泄漏阀和高真空控制器构成高真空控制回路。解决方案可以很好达到技术指标要求，也可推广应用到其它真空和超高真空度控制。

分子束外延 MBE 与扫描隧道显微镜 STM 联用: 可以成功分析 MBE 生长晶体表面结构, 这种联用现已广泛应用于各大院校和研究院应用表面物理实验中. 分子束外延 MBE 与扫描隧道显微镜 STM 系统都需要在超高真空环境中进行, 对真空度要求及其高, 需要伯东 Pfeiffer 真空泵系列分子泵低振动, 低噪音, 清洁无油确保超高真空的稳定性已保证晶格的生长和后期的探测分析.

针对各种柔性和刚性隔热材料对变温和变真空环境下热物理性能参数的测试要求，本文介绍了采用准稳态法ASTM E2584 进行的测试系统初步设计方案，拟实现的高低温测试温度范围为-180~1500℃，真空度范围为0.05Pa~0.1MPa，样品尺寸为300mm× 300mm× 50mm，可实现导热系数、热扩散系数和比热容三个热物理性能参数的快速连续测量，并同时可通过热扩散系数的连续测量确定复合材料的固化度及优化固化工艺。

真空干燥箱供科研单位、院校、工矿企业等单位的实验室、以及生产现场，在真空状态下对物品进行干燥和热处理等

摘要：本文采用国产版本ChatGPT百度“文心一言”作为一种辅助工具，针对超高真空度精密控制装置的开发进行了初期的技术路线设计，对话调研的重点是了解可调节式微流量进气阀门和可用于连接非线性输出信号型真空计的PID控制器。总体而言，目前的人工智能技术所能提供的帮助十分有限，还无法替代研究人员的基本专业能力以及互联网技术的应用能力，但比较适合用来进行某个未知领域的入门级学习。

MIT 的普发真空解决方案一览：隔膜泵在 MIT，隔膜泵用作涡轮分子泵的前级泵。由于其紧凑性，普发真空的隔膜泵是集成到系统中的最佳选择。该产品优势明显：■ 绝对干燥的无油真空■ 隔膜使用寿命长■ 低振动和低噪音水平■ 高操作可靠性■ 易于维护，因为膜和阀门更换简单■ 由于使用了双电压电机或直流驱动器，可在全球范围内使用涡轮分子泵普发真空的涡轮分子泵在 MIT 产生所需的超高真空条件。凭借其高性能和可靠性以及极好的经济性和效率，它们是满足离子束机器要求的最佳解决办法。其优势包括：■ 经验证的轴承系统实现了高可靠性■ 设计、技术组件和泵速度等级的差异实现了灵活性■ 高度发达的泵设计实现了高压缩性能和高效率■ 低能耗■ 很长的保养间隔周期质谱仪在 MIT，普发真空的 PrismaPlus 质谱仪用于在真空系统中进行残余气体分析。高灵敏度、稳定性和智能处理的结合使 PrismaPlus成为最佳解决方案。优势一览：■ 模块化设计实现了最佳适应性■ 紧凑的尺寸和高性能■ 通过各种接口实现了方便的系统集成■ 通过以太网联网■ 高测量速度、稳定性和分辨率测量设备MIT 使用普发真空的 ActiveLine 和 DigiLine 高精度真空计测量仪器。它们具有模拟和数字两种输出。它们非常适合离子束系统的要求，并具有许多优势：■ 磁性杂散场最小■ 轻松集成■ 耐用且易于维护

目前微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）系统中的真空压力控制装置普遍采用美国MKS公司的控制阀和控制器。本文介绍了采用MKS公司产品在实际应用中存在控制精度差和价格昂贵的现象，介绍了为解决这些问题的国产化替代方案，介绍了最新研发的真空压力控制装置国产化替代产品，并验证了国产化替代产品具有更高的控制精度和价格优势。

真空解决方案的优势总结：■设计紧凑，因而易于实现系统集成■使用寿命长■稳健结构设计而实现的高度可靠性■所有气体均具有高抽速和压缩■安全、洁净、低维护■便于维护

摘要：针对原子力显微镜对真空度和气氛环境精密控制要求，本文提出了精密控制解决方案。解决方案基于闭环动态平衡法，在低真空控制时采用恒定进气流量并调节排气流量的方法，在高真空和超高真空控制时则采用恒定排气流量并调节进气流量的方法。原子力显微镜真空度控制系统主要由高速电控针阀、电动可变泄漏阀、高速电控球阀、电容真空计、电离真空计和超高精度PID调节器构成，在超高真空至一个大气压范围内可达到很高的控制精度。

如今，真空在我们日常生活中被广泛应用于高端产品的生产及制造，并且扮演着重要角色。例如：在科研，工业流程，手机芯片，硬盘，太阳能电池，塑料干燥或者食品真空包装等领域。在当今的生产活动中，我们对真空度测量的精确性、标准化、可靠性和重复性的要求是至关重要的。当我们在进行测量的时候，高精度又是关键中的关键：精度的高低会直接影响产品的生产质量，科学实验的准确性和设备使用的可靠性。要确保真空计使用时的高可靠性，就必须经常对它进行校准或标定。而根据每个不同应用的具体要求，这些校准工作必须符合国内或相关的国际标准。经济、高效、精准、国际化的机构校准及标定替代解决方案生产活动中，真空计往往需要对外专业机构进行校准和标定。然而在对量大或校准间隔要求短的条件下，使用经济的测量仪器进行现场校准能大大节约时间和费用。普发真空紧凑型的校准泵组就能够组建起这样一个系统。这个易于使用的便携式系统是专为同时在线进行多个仪器检测而量身定做的。其系统具有使用便捷、快速及符合人体工学标准的特点。

聚变反应堆对真空技术的要求Wendelstein 7-X 主要由两个交错的环形真空容器组成。外部低温室包含用于超导线圈的隔离真空和冷却设备，而超导线圈是产生磁场所必需的。内腔室或等离子体容器用于在高真空环境中产生实际的等离子体。操作聚变反应堆的一个重要因素是要有结实、强大可靠的真空系统。因此，所有真空元件必须通过马克斯· 普朗克等离子物理研究所(IPP) 的资格审查程序，以确保其用于聚变实验的适合性。高达 3 特斯拉的强磁场限制了 Wendelstein 7-X 内部等离子体容器中带电的等离子体粒子。等离子体容器周围的磁场如此强烈，以致有必要在距离等离子体容器 4 到 9 米处的特殊装置上安装真空设备。即使在这个距离内，磁场仍然达到 7 毫特拉斯的强度，有时甚至达到 20 毫特斯拉。这些磁场强度几乎是地球自然磁场强度的1,000 倍。为使等离子体容器中的压力达到 10-8 百帕，不仅有必要抽空 100立方米的容器容量，而且有必要抽空从约 1,300 平方米的内表面上释放的气体负荷。而且，所使用的真空泵必须能够达到抽空聚变过程所涉及的氢、氘和氦轻型气体所需的高压缩比。另一个要求是涡轮分子泵和用于涂覆等离子体容器表面的材料之间的良好兼容性。

创新概念SplitFlow™ 是由普发真空开发的利用一个模块去实现涡轮牵引泵的功能，从而为系统制造商提供了最大的灵活性。该泵的开发要求在单一真空系统内结合了精确的几何适应性和优异的性能。尤其是在不断增加的复杂性和台式装置趋势方面，这种概念完全符合市场要求和客户需要。除了纯粹的几何适应性以外，还需要满足特定的真空技术参数。例如，通过结合不同的抽气原理（例如，结合涡轮分子泵和霍尔威克压力级），允许的前真空压力将明显提高，同时压缩性能将提高几个数量级。通过巧妙地设计转子几何形状，可以产生多达三个不同的泵级，它们的定向方式只会部分地相互影响。这样的布置使得可以代替两台离散式高真空泵和一台机械前级泵。这样的设计甚至可以实现完全整合到分析仪器的真空室中。这需要系统制造商和真空供应商从一开始就进行密切合作。设计阶段完善建议非常重要。取决于系统的配置，结果往往可以为真空系统减少大约50%的空间，而且节省成本超过50%。通过取消离散式抽吸装置、采用标准泵批量生产的研究结果，如今可以达到超过100,000小时MTTF（平均无故障时间）的泵可靠性。通过优化的轴承技术可以实现高度的可靠性，这种技术采用无需维护的磁悬浮轴承和精确球轴承在两侧定位快速旋转的转子，从而可以有效减震。泵补充配套有相应的电子驱动单元以及一系列的附件。对于涡轮分子泵的计算机控制一体化，提供标准化的界面。由于其特殊布局，这些泵只需要一个空气冷却系统，这意味着，可以省去附加的水冷却和其他装置费用。

摘要：真空度控制技术关键部件主要有真空计、进气流量调节装置、排气流量调节装置和真空度控制器四大类。本文在真空度控制技术基本概念和技术要求基础上，详细介绍了真空度控制技术关键部件国外产品的分布和类型，特别介绍了相关的国产产品现状。总之，除了高端电容真空计之外，真空度控制技术中的绝大多数关键部件已实现了国产化，并已得到广泛应用，后续的国产化重点将主要集中在开发MOCVD工艺中的受控蒸发混合器。