ГОСТ 32974.1-2023
(ISO 21360-1:2020)
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Вакуумная технология
СТАНДАРТНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВАКУУМНЫХ НАСОСОВ
Часть 1
Общие положения
Vacuum technology. Standard methods for measuring vacuum-pump performance. Part 1. General description
МКС 23.160
Дата введения 2023-12-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "Вакууммаш" (АО "Вакууммаш") и Федеральным государственным бюджетным учреждением "Российский институт стандартизации" (ФГБУ "Институт стандартизации") на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 5 стандарта, который выполнен АО "Вакууммаш"
2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 249 "Вакуумная техника"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 28 июля 2023 г. N 163-П)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Таджикистан | TJ | Таджикстандарт |
Узбекистан | UZ | Узстандарт |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 сентября 2023 г. N 1006-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32974.1-2023 (ISO 21360-1:2020) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 декабря 2023 г.
5 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ISO 21360-1:2020* "Вакуумная технология. Стандартные методы измерения характеристик вакуумных насосов. Часть 1. Общие положения" ("Vacuum technology - Standard methods for measuring vacuum-pump performance - Part 1: General description", MOD) путем включения дополнительных положений, которые выделены в тексте курсивом**
6 ВЗАМЕН ГОСТ 32974.1-2016 (ISO 21360-1:2012)
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"
Введение
Настоящий стандарт является базовым стандартом по определению методов измерений технических характеристик вакуумных насосов. Приведенные методы достаточно известны по существующим национальным и международным стандартам. При разработке настоящего стандарта ставилась цель создать единый документ, содержащий методы измерения технических характеристик вакуумных насосов и упростить в будущем разработку стандартов на конкретные типы вакуумных насосов.
Стандарты на конкретные типы вакуумных насосов должны содержать приемлемый выбор методов измерения, взятых из настоящего стандарта, для определения технических характеристик, предельных значений, специфических условий эксплуатации и особенностей конкретного типа насоса. Если есть различия между настоящим стандартом и стандартом на конкретный тип насоса, то приоритетным является стандарт на конкретный тип насоса.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на вакуумные насосы и устанавливает три различных метода определения быстроты действия, по одному методу измерения базового давления, степени сжатия и наибольшего выпускного давления.
Первый метод определения быстроты действия (метод постоянного потока) является наиболее распространенным, когда постоянный поток газа напускается в насос, при котором измеряется впускное давление. На практике измерение потока газа с высокой точностью может быть затруднено. По этой причине приведены два других метода, при которых прямое измерение потока газа не используется.
Второй метод определения быстроты действия (метод двух манометров) обычно используется при небольшой величине потока и малых впускных давлениях (при высоком и сверхвысоком вакууме). Он основан на измерении перепада давлений в двухкамерной измерительной камере, где две камеры разделены диафрагмой с круглым отверстием.
Третий метод определения быстроты действия (метод постоянного объема) подходит для автоматизированного измерения. Он базируется на известной зависимости времени вакуумирования объема от параметров процесса вакуумирования: отношения давлений в начале и конце интервала вакуумирования, величины объема, времени вакуумирования. Различные воздействия, такие как натекание и скорость десорбции, охлаждение газа почти до изоэнтропического расширения в интервале откачки и увеличение газокинетического сопротивления в соединительной линии между измерительной камерой и насосом, вызванные изменением режимов течения газа при низких давлениях, влияют на измерение давления и, в результате, на быстроту действия. При выборе метода измерения необходимо учитывать технические характеристики конкретных типов вакуумных насосов: например, измерение наибольшего выпускного давления необходимо только для насоса, который работает с форвакуумным насосом. Измерения характеристик вакуумного насоса, не описанные в настоящем стандарте (например, измерение потребляемой мощности), определяются стандартом на конкретный тип вакуумного насоса.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий межгосударственный стандарт:
ГОСТ ISO/IEC 17025 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями (см. также [1]):
где с учетом [2] V - объем;
t - время.
Примечания
2 Вместо термина "быстрота действия" часто используется термин "скорость откачки" и обозначение "S".
Примечание - Условия и методика испытаний насосов с базовым давлением приведены в 5.4.
3.5 измерительная камера (test dome): Специальная вакуумная камера определенной формы и размеров, присоединенная к входу насоса, через которую измеряемый поток газа может поступать в насос, и оборудованная средствами для измерения характеристик вакуумного насоса.
Примечание - Величина наибольшего выпускного давления установлена в инструкции по эксплуатации или в стандарте на конкретный тип вакуумного насоса.
3.8 производительность Q (throughput Q): Поток газа во входном сечении насоса, вычисляемый по формуле
V - объем транспортируемого газа;
t - время;
4 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
a - внутренний диаметр соединительного трубопровода между испытуемым насосом и быстродействующим клапаном (рисунок 6, позиции 3 и 5), м;
d - диаметр отверстия, м;
D - внутренний диаметр измерительной камеры, м;
l - длина соединительного трубопровода между измерительной камерой и быстродействующим клапаном (рисунок 6, позиции 3 и 5), м;
M - молярная масса газа, кг/моль;
Q - производительность вакуумного насоса, Па·л/с или мбар·л/с или мм рт.ст. л/с или sccm;
R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль·К);
T - термодинамическая (абсолютная) температура, К;
u - неопределенность измерения;
5 Методы испытаний
5.1 Определение быстроты действия (скорости откачки) методом постоянного потока
5.1.1 Общие положения
Метод постоянного потока наиболее часто используется для вакуумных насосов и применяется для всех диапазонов давления и типоразмеров насосов, где быстроту действия следует определять с высокой (достаточной) точностью. Диапазон измерения производительности выбирают умножением ожидаемой быстроты действия на максимальное и минимальное рабочие давления испытуемого насоса.
Все средства измерений должны быть откалиброваны либо:
a) в соответствии со специальным стандартом по вакууму или с национальным стандартом;
b) с помощью абсолютных средств измерений в международной системе единиц.
Используемые откалиброванные средства измерений должны иметь сертификат о калибровке в соответствии с ГОСТ ISO/IEC 17025.
5.1.2 Измерительная камера для метода постоянного потока
Измерительная камера, если необходимо для испытуемого насоса, должна быть оснащена устройством для обезгаживания, которое обеспечивает равномерное нагревание камеры для достижения базового давления.
Объем измерительной камеры зависит от типа насоса, подробности указаны в стандарте на конкретный тип насоса.
![]() |
Рисунок 1 - Измерительная камера для метода постоянного потока
5.1.3 Экспериментальная установка
Измерительная камера (рисунок 2) должна быть чистой и сухой. Чистота насоса, уплотнителей и других компонентов должна соответствовать ожидаемому базовому давлению. Все компоненты собирают в чистых условиях. Из-за узкого диапазона измерения расходомеры с разными диапазонами можно подключать последовательно. Если поток превышает диапазон измерений, то можно использовать несколько расходомеров параллельно с клапаном между каждым расходомером и трубопроводом. Вместо расходомера и клапана напуска газа можно использовать измерители массового расхода с программируемой пропускной способностью. Они должны соединяться параллельно на трубопроводе.
Герметичность больших расходомеров часто бывает недостаточной. В таких случаях рекомендуется использовать клапан между расходомером и трубопроводом.
Ионизационные вакуумметры и масс-спектрометры устанавливают таким образом, чтобы не было прямой геометрической линии между ними.
ВНИМАНИЕ! Соблюдайте инструкцию производителя по безопасному использованию вакуумного насоса.
![]() |
Примечание - Позиции 2 и 8 используются только с высоковакуумными насосами.
Рисунок 2 - Схема установки для определения быстроты действия методом постоянного потока
5.1.4 Определение быстроты действия
Поток газа можно измерять объемными способами (газовыми бюретками, газовыми счетчиками) с помощью вискозиметров потока (ротаметром, капиллярами), или в большинстве случаев с помощью термоэлектрического массового расходомера [3]-[17].
5.1.5 Проведение измерений
Расположение измерительного оборудования на измерительной камере, представленной на рисунке 1, показано на рисунке 2. При закрытом клапане напуска газа в измерительной камере должно установиться базовое давление (5.4). После этого газ напускается в измерительную камеру через регулируемый клапан. Измерения выполняют при возрастающей величине давления, что обеспечивает правильное использование расходомера. В течение этого времени температура окружающей среды должна быть постоянной и сохраняться в пределах ±2°C.
Примечание - Быстрота действия может определяться с использованием разных газов. При замене газа трубопроводы, соединенные с клапаном напуска газа, должны продуваться новым газом до начала измерения.
5.1.6 Неопределенность измерений
Поток газа следует измерять со стандартной неопределенностью ±2,5%, а давление с неопределенностью менее ±3%. Точные измерения необходимо выполнять в соответствии с приложением A. Суммарная стандартная неопределенность измерения быстроты действия максимально должна быть менее 10%.
5.1.7 Оценка результатов измерений
Отчет об испытании должен содержать, как минимум:
a) тип, серийный номер, неопределенность измерений и условия эксплуатации всех используемых вакуумных средств измерений;
b) тип и серийный номер испытуемого насоса;
c) частоту (скорость) вращения и/или условия эксплуатации испытуемого насоса;
d) тип и количество жидкости, используемой в испытуемом насосе, и давление ее паров при температуре 20°C;
f) тип и быстроту действия форвакуумного насоса (если такой используется);
g) тип используемых уплотнителей - на впускном фланце испытуемого насоса;
h) тип маслоотражателей и ловушек, используемых при испытаниях, и их температуру;
i) температуру и расход охлаждающей воды;
j) температуру окружающей среды и измерительной камеры;
k) время и температуру прогрева измерительной камеры.
5.2 Определение быстроты действия (скорости откачки) методом двух манометров
5.2.1 Общие положения
Метод двух манометров применяют для высоковакуумных насосов. Измерительная камера должна соответствовать условиям молекулярного истечения газа. Этот метод рекомендуется для небольших потоков газа, где нельзя применить традиционные потокомеры. Диаметр отверстия разделительной диафрагмы измерительной камеры подбирают исходя из предполагаемой быстроты действия испытуемого насоса, при обеспечении молекулярного истечения газа, чтобы исключить ламинарное течение газа через отверстие в диафрагме.
5.2.2 Измерительная камера для метода двух манометров
Измерительная камера цилиндрической формы, как показано на рисунке 3. Диафрагма с круглым отверстием разделяет камеру на две части. Необходимо устройство для обезгаживания, которое обеспечит равномерное прогревание камеры.
![]() |
Рисунок 3 - Измерительная камера для метода двух манометров
5.2.3 Экспериментальная установка
Измерительная камера (рисунок 4) должна быть чистой и сухой. Для всех высоковакуумных соединений рекомендуется использовать прогреваемые фланцы с ножевидной кромкой.
ВНИМАНИЕ! Не трогать руками внутренние поверхности. Использовать перчатки во время сборки.
![]() |
Рисунок 4 - Схема установки для определения быстроты действия методом двух манометров
5.2.4 Определение быстроты действия
Диафрагма с круглым отверстием разделяет измерительную камеру на две части (рисунок 3). Быстроту действия определяют по формуле
где C - расчетная проводимость, учитывающая размер отверстия и свойства газа.
или л/с
5.2.5 Проведение измерений методом двух манометров
5.2.6 Регулировка приборов измерения давления
ВНИМАНИЕ! Используйте только сухие газы (99,9%) для измерений, чтобы избежать процессов адсорбции и десорбции.
После регулировки измерительную камеру откачивают до базового давления и начинают определение быстроты действия.
5.2.7 Определение быстроты действия
Примечание - Быстроту действия допускается определять с использованием разных газов. При замене газа трубопроводы, соединенные с клапаном напуска газа, должны продуваться новым газом до начала измерения.
5.2.8 Неопределенность измерений
Перепад давления должен измеряться с неопределенностью не более 3% и диаметр отверстия с неопределенностью 0,5%. Если давление в верхней части камеры повысится до значения, при котором длина свободного пробега молекул газа приближается к двойному диаметру отверстия, то проводимость возрастает на 3% от значения молекулярного потока (см. [18]). Для точного вычисления см. приложение A. Суммарная стандартная неопределенность измерения быстроты действия максимально должна быть менее 10%.
5.2.9 Оценка результатов измерений
Отчет об испытании должен содержать, как минимум:
a) тип, серийный номер, неопределенность измерений и условия эксплуатации всех вакуумметров и используемых расходомеров;
b) тип и серийный номер испытуемого насоса;
c) частоту (скорость) вращения и/или условия эксплуатации испытуемого насоса;
d) тип и количество жидкости, используемой в испытуемом насосе, и давление ее паров при температуре 20°C;
f) тип и быстроту действия форвакуумного насоса (если таковой используется);
g) тип используемых уплотнителей на впускном фланце испытуемого насоса;
h) тип маслоотражателей и ловушек, используемых при испытаниях, а также их температуру;
i) температуру и расход охлаждающей воды;
j) температуру окружающей среды и измерительной камеры;
k) время и температуру прогрева измерительной камеры.
Рисунок 5 - Пример графика быстроты действия
5.3 Определение быстроты действия (скорости откачки) методом постоянного объема
5.3.1 Общие положения
Метод постоянного объема используется для низковакуумных насосов. Быстроту действия определяют путем откачки измерительной камеры испытуемым насосом. Данный метод требует измерения давления в зависимости от времени откачки и объема измерительной камеры. Преимущества метода заключаются в отсутствии необходимости измерения потока газа и простоте автоматизации процесса.
Однако непрерывная откачка имеет определенные недостатки:
- измерение давления может быть нарушено из-за времени отклика вакуумметров и системой накопления данных;
- откачка камеры сопровождается изменением давления в камере, результатом чего является охлаждение газа. Таким образом, наблюдаемое падение давления вызвано как откачкой газа насосом, так и охлаждением газа в камере.
Охлаждающий эффект меняется в процессе откачки, так как теплообмен между газом и стенками камеры зависит от давления. При атмосферном давлении процесс откачки газа близок к изоэнтропическому (который приводит к значительному охлаждению), но при высоком вакууме - к изотермическому (который способствует быстрому нагреванию газа до температуры окружающей среды).
Использование этого метода для насосов с высоким удельным обратным потоком паров рабочей жидкости из выпускного трубопровода на всасывающую сторону может увеличить быстроту действия этих насосов для легких газов из-за эффекта продувочного газа. В периоде ожидания тепловой стабилизации насос достигает базового давления с остаточным составом газа (таким как воздух) в выпускном трубопроводе насоса. В начале нового интервала откачки этот остаточный газ усиливает откачку легкого газа (такого, как водород). Следовательно, метод постоянного объема нельзя рекомендовать для случаев, когда имеются большие обратные потоки.
Все средства измерений должны быть откалиброваны либо:
a) в соответствии со специальным стандартом по вакууму или с национальным стандартом;
b) с помощью абсолютных средств измерений в международной системе единиц.
Используемые откалиброванные средства измерений должны иметь сертификат о калибровке в соответствии с ГОСТ ISO/IEC 17025.
5.3.2 Измерительная камера для метода постоянного объема
Для определения быстроты действия методом постоянного объема необходимо использовать камеру с объемом, не меньшим, чем ожидаемая быстрота действия, умноженная на 120 с. Размеры камеры в трех направлениях в пространстве не должны отличаться более чем в 10 раз. Все внутренние поверхности измерительной камеры и соединительного трубопровода с испытуемым насосом должны быть чистыми и сухими. Измерительная камера должна иметь одно входное отверстие с номинальным диаметром, равным или большим, чем отверстие впускного фланца испытуемого насоса, дополнительные отверстия для клапана напуска газа и одно или более отверстий для подсоединения вакуумметров. Отверстия для вакуумметров не должны находиться близко к входу испытуемого насоса (рисунок 6).
Рисунок 6 - Схема установки для измерения быстроты действия методом постоянного объема
5.3.3 Быстродействующий клапан
Так как проводимость клапана уменьшает измеряемую быстроту действия испытуемого насоса, то нужно выбирать прямопроходной клапан с большим сечением прохода.
5.3.4 Экспериментальная установка
Давление измеряют вакуумметром для определения абсолютного давления. Длина соединительного трубопровода от измерительной камеры до вакуумметра должна быть не более 1 м, номинальный диаметр трубопровода - не менее 16 мм.