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分子泵壓縮比
壓縮比通常是指泵的排氣壓力與進(jìn)氣壓力之比值。對(duì)于渦輪分子泵來(lái)說(shuō),壓縮比是指在分子泵排氣口和進(jìn)氣口壓力之比。壓縮比的高低取決于幾個(gè)因素,最重要的因素是氣體的類型和渦輪分子泵的設(shè)計(jì)。壓縮比越高,在分子泵進(jìn)氣口得到的最終壓力就越低,也就是分子泵的極限壓力越低。
圖 1:渦輪分子泵的橫截面
影響壓縮比高低因素一:氣體類型
渦輪分子泵的抽氣原理是基于以下原則,即從高真空側(cè)流動(dòng)到前真空側(cè)的氣體分子多于從前真空側(cè)流動(dòng)到高真空側(cè)的氣體分子。這是通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片快速旋轉(zhuǎn)對(duì)氣體分子進(jìn)行加速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氣體越輕,其分子運(yùn)動(dòng)的速度就越快(見表 1)。
氣體類型 | 摩爾質(zhì)量 g/mol | 平均速度 | 馬赫數(shù) |
H2 | 2 | 1,762 | 5.3 |
He | 4 | 1,246 | 3.7 |
H2O | 18 | 587 | 1.8 |
N2 | 28 | 471 | 1.4 |
空氣 | 29 | 463 | 1.4 |
Ar | 40 | 394 | 1.2 |
CO2 | 44 | 376 | 1.1 |
表 1:不同氣體的摩爾質(zhì)量和平均速度
對(duì)于較輕的氣體分子,其向高真空側(cè)的回流速度因此高于較重的氣體分子。由于存在較輕的氣體分子,因此高真空側(cè)存在更多的氣體粒子,這里的壓力會(huì)相對(duì)較高,而壓縮比因此較低(見圖 2)。圖 2:氣體類型和壓縮比的相關(guān)性
影響壓縮比高低因素二:分子泵內(nèi)部設(shè)計(jì)
Pfeiffer 渦輪分子泵 HiPace 系列內(nèi)置 Holweck 泵級(jí),與 Gaede 級(jí)、Siegbahn 級(jí)對(duì)比,Holweck 泵級(jí)能夠更高效地把非常輕的氣體抽入更高壓力區(qū),例如圖 3 中的氦氣。突出的是 Holweck 級(jí)的壓縮比。
圖 3:使用不同抽氣原理的氦氣壓縮對(duì)比
綜上所述,具有高壓縮比的渦輪分子泵比低壓縮比的渦輪分子泵更能獲得相對(duì)較低的極限壓力。