????? ???????? ????????????? ?????? ?? ????????? ? ???????? ???????

Как подтвердить молекулярный режим стандартной течи

От

Расчёт потока через капилляр, отверстие или пористый элемент зависит от режима движения газа. В молекулярном режиме столкновения молекул со стенками преобладают над взаимными столкновениями. Тогда проводимость элемента можно связать с геометрией и молекулярной массой газа. Если режим переходный или вязкостный, такое упрощение становится источником систематической ошибки.

Схема проверки молекулярного режима по давлениям и скорости откачки
Проводимость оценивают по известной скорости откачки и отношению давлений после и до элемента.

Измерительная схема

Перед исследуемым элементом создают давление Pu. За элементом расположена вакуумная камера, откачиваемая с эффективной скоростью CP; в камере измеряют давление Pd. В обозначениях патента JP5761706B2 проводимость элемента оценивается как:

CF = CP · Pd / Pu

Формула предполагает установившийся поток, корректно определённую скорость откачки в точке присоединения и пренебрежимо малый фон относительно полезного потока.

Признак рабочей области

Давление Pu изменяют ступенями и каждый раз рассчитывают CF. Область, в которой проводимость остаётся практически постоянной, рассматривают как область молекулярного режима для данного газа и температуры. Если CF систематически меняется, причина может быть в переходном режиме, нагреве, сорбции, загрязнении или изменении эффективной скорости откачки.

Почему одного расчёта по диаметру мало

Реальное отверстие имеет конечную толщину, форму входной кромки и шероховатость. Пористый элемент состоит из множества извилистых каналов. Наноканал может отличаться от проектной геометрии после травления и соединения подложек. Поэтому расчёт используют как модель, а проводимость подтверждают экспериментально.

Пересчёт на другой газ

В идеальном молекулярном режиме проводимость зависит от молекулярной массы. Но пересчёт допустим только после подтверждения режима для рабочего диапазона и исключения специфической сорбции или конденсации. Для водяного пара, органических веществ и других адсорбирующихся газов простого массового коэффициента недостаточно.

Порядок проверки

  1. Определить фон камеры и эффективную скорость откачки.
  2. Задать несколько устойчивых значений Pu.
  3. Для каждой точки измерить Pd после стабилизации.
  4. Рассчитать проводимость и построить её зависимость от Pu.
  5. Выбрать только область постоянной проводимости.
  6. Повторить измерение после термоцикла или очистки элемента.

Типы рабочих элементов сопоставлены в статье о видах эталонных течей; применение результата в калибровке рассмотрено в руководстве по методам калибровки.

Источники: JP5419082B2; JP5761706B2; Miura и соавторы, DOI 10.1116/1.5090454.

Похожие записи