allgosts.ru23.160 Вакуумная технология23 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПОНЕНТЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

ГОСТ 32974.1-2023 Вакуумная технология. Стандартные методы измерения характеристик вакуумных насосов. Часть 1. Общие положения

Обозначение:
ГОСТ 32974.1-2023
Наименование:
Вакуумная технология. Стандартные методы измерения характеристик вакуумных насосов. Часть 1. Общие положения
Статус:
Действует
Дата введения:
01.12.2023
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
23.160

Текст ГОСТ 32974.1-2023 Вакуумная технология. Стандартные методы измерения характеристик вакуумных насосов. Часть 1. Общие положения

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]):

3.1
быстрота действия
(volume flow rate
):
Объем газа, вытекающий при нормальных условиях из измерительной камеры через впускное отверстие насоса в единицу времени
,

где с учетом [2] V - объем;

t - время.

Примечания

1 На практике быстрота действия насоса для данного газа условно принимается равной отношению производительности насоса для данного газа к равновесному давлению в определенном месте. Единицы измерения, принятые для быстроты действия, м
/ч или л/с.

2 Вместо термина "быстрота действия" часто используется термин "скорость откачки" и обозначение "S".

3.2
базовое давление
(base pressure
):
Давление, полученное в измерительной камере после создания соответствующих условий в вакуумном насосе и измерительной камере.

Примечание - Условия и методика испытаний насосов с базовым давлением приведены в 5.4.

3.3
впускное давление
,
,
(inlet pressure
,
,
): Давление на входе насоса, измеряемое в определенном месте измерительной камеры.
3.4
выпускное давление
(backing pressure
): Давление в выходном сечении вакуумного насоса.

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.

3.6
максимальное рабочее давление
(maximum working pressure
): Максимальное давление на входе насоса, которое вакуумный насос с приводным устройством может выдержать при условии непрерывной безаварийной работы.
3.7
наибольшее выпускное давление
(critical backing pressure
):
Давление в выходном сечении вакуумного насоса, при котором насос еще может работать.

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

,
где
- впускное давление;

V - объем транспортируемого газа;

t - время;

- быстрота действия.
3.9
степень сжатия
(compression ratio
): Степень сжатия без газовой нагрузки, где
- базовое давление форвакуумного насоса, а
- базовое давление испытуемого насоса при нулевой производительности
.
3.10
стандартная быстрота действия
(standard gas flow rate
):
Быстрота действия при стандартных условиях для газов, т.е. 0
°C
и 101325 Па.

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;

A
- площадь поперечного сечения соединительного трубопровода между измерительной камерой и быстродействующим клапаном (рисунок 6, позиции
3
и
5
), м
;
C
- проводимость, м
/с (10
л/с);

d - диаметр отверстия, м;

D - внутренний диаметр измерительной камеры, м;

- диаметр впускного трубопровода, м;
- номинальный диаметр измерительной камеры или переходника, м;
- степень сжатия вакуумного насоса при нулевой производительности;

l - длина соединительного трубопровода между измерительной камерой и быстродействующим клапаном (рисунок 6, позиции 3 и 5), м;

- длина свободного пробега молекул газа, м;

M - молярная масса газа, кг/моль;

- стандартное атмосферное давление, 101325 Па;
- впускное давление, Па или мбар;
- максимальное рабочее давление на входе, Па или мбар;
- выпускное давление в форвакуумной магистрали, Па или мбар;
,
,
- показатели давления в измерительной камере для метода постоянного объема, измеряемые до и после интервалов времени
,
,
, Па или мбар;
,
,
- базовое давление, Па или мбар;
- наибольшее выпускное давление, Па или мбар;
,
- показатели давления в измерительной камере для метода двух манометров, Па или мбар;

Q - производительность вакуумного насоса, Па·л/с или мбар·л/с или мм рт.ст. л/с или sccm;

- максимальная производительность вакуумного насоса по газу, которую насос может выдержать без повреждения, Па·л/с или мбар·л/с или мм рт.ст. л/с или sccm;
- поток газа для испытания, Па·л/с или мбар·л/с;
- быстрота действия испытуемого насоса, л/с или м
/ч;
- быстрота действия форвакуумного насоса, л/с или м
/ч;
- быстрота действия при стандартных условиях для газов (0
°C
и 101325 Па), sccm или см
/мин;
- быстрота действия при стандартных условиях для газов (0
°C
и 101325 Па), л/с или м
/ч;

R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль·К);

T - термодинамическая (абсолютная) температура, К;

-
273,15 К (определяется как 0
°C),
К;
- температура измерительной камеры, К;
- температура расходомера, К;

u - неопределенность измерения;

V
- объем измерительной камеры л, м
;
- объем соединительного трубопровода между испытуемым насосом и быстродействующим клапаном (рисунок 6, позиции
3
и
5
), л, м
;
- толщина стенки диафрагмы, м.

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

Для данных измерений следует использовать измерительную камеру в соответствии с рисунком 1, с номинальным диаметром
, равным диаметру впускного отверстия испытуемого насоса. Верхняя часть камеры, противоположная впускному фланцу, может быть плоской, конической или немного выпуклой, с такой же средней высотой над фланцем, как для плоской поверхности. Желательно использовать три фланца для измерения давления на высоте
D
/2 от нижнего фланца, если используется более одного вакуумметра. Диаметр этих фланцев должен быть равен или больше, чем диаметр патрубков подсоединяемых манометрических преобразователей, и их присоединительные размеры должны быть указаны. Нельзя располагать измерительные приборы под углом (в радиусе)
±45°
рядом с трубопроводом для впуска газа. Соединительный трубопровод между фланцем и камерой не должен выходить за пределы стенки камеры с внутренней стороны, за исключением трубопровода для впуска газа.

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.

Для насосов с диаметром впускного фланца менее номинального диаметра
100 мм диаметр камеры должен соответствовать
100 мм. Переход к впускному фланцу насоса выполняют с помощью конического переходника на 45
°,
как показано на рисунке 1.

Примечание -
должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить однородный газовый режим на фланце насоса. Обычно используется диаметр 0,1
D
.
1
- трубопровод для впуска газа и место измерения температуры
;
2
- подсоединение вакуумметров и масс-спектрометра;
3
- конический переходник;
- диаметр впускного трубопровода;
D
- внутренний диаметр измерительной камеры, м;
- номинальный диаметр переходника, равный впускному фланцу 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.

1
- измерительная камера;
2
- форвакуумный насос;
3
- испытуемый насос;
4
- клапан напуска газа;
5
- расходомер для измерения
Q
;
6
- вакуумметр для измерения
; 7
- нагревательная рубашка (дополнительно);
8
- вакуумметр для измерения
; 9
- точка измерения температуры

Рисунок 2 - Схема установки для определения быстроты действия методом постоянного потока

5.1.4 Определение быстроты действия

Метод, используемый для определения быстроты действия
, представляет собой метод постоянного потока, при котором производительность
Q
измеряют вне измерительной камеры. Если давление
в измерительной камере, измеряемое вакуумметром на определенной высоте под нижним фланцем (рисунок 1), остается постоянным, быстроту действия
вычисляют по формуле
, (1)
где
- базовое давление в измерительной камере (см. 5.4).
Аналогичную формулу применяют для определения быстроты действия форвакуумного насоса
.
. (2)

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].

Из-за влияния температуры на состояние газа во всех случаях объемных измерений необходим поправочный коэффициент
,
если температуры
расходомера и
измерительной камеры разные.
Примечание - Термоэлектрические массовые расходомеры определяют не производительность, а быстроту действия
при стандартных условиях для газов (т.е.
101325 Па и
273,15 К, см. 3.10). Чтобы получить производительность насоса,
умножается на коэффициент
.
Следовательно,
определяют по формуле
. (3)
Единицу измерения "sccm", см
/мин, часто используют для
.
Тогда можно получить
,
л/с, вставив [
л/60 с], [
101325 Па] и [
273,15 К] в формулу (4), следующим образом:
л/с. (4)

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.

Когда необходимое давление
достигнуто, в пределах колебаний 3%/мин, измеряют давление
и
, температуру окружающей среды, температуру измерительной камеры
,
а также производительность
Q
. Если производительность остается стабильной в пределах колебаний
±3%,
измерение можно считать верным. Если производительность нестабильна из-за неустановившегося режима, необходимо подождать ее стабилизации. Если измерение производительности длится более 60 с, давление
в измерительной камере необходимо измерять каждую минуту. В этом случае давление рассчитывают, как среднее значение по результатам многократных измерений. Если во время измерения давления производительность колеблется более чем
±3%,
измерение следует повторить, пока данные не стабилизируются.
Измерение давления
проводят как минимум в трех точках в каждом десятичном диапазоне. Если производительность увеличивается до максимально допустимого значения
, то достигается максимальное впускное давление, величина которого может быть ограничена производителем.

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

Строят полулогарифмический график (аналогичный рисунку 5) зависимости быстроты действия
испытуемого насоса, рассчитанный по формуле (1), от впускного давления, и на этом же графике строят кривую быстроты действия
форвакуумного насоса (если он используется), рассчитанной из значений
и
, относительно
, таким образом, чтобы показать типоразмер форвакуумного насоса. Диапазон абсциссы покроет весь диапазон давлений
и
. Базовые давления вакуумного насоса
и форвакуумного насоса
должны быть указаны.

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;

e)
(номинальный диаметр измерительной камеры или переходника);

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.

Диаметр отверстия разделительной диафрагмы (
0,1) выбирают в соответствии с ожидаемой быстротой действия, он должен быть таким, чтобы соотношение давлений
и
находилось между 3 и 30. Необходимо убедиться, что длина свободного пробега молекул газа
в отверстии была не меньше, чем два диаметра отверстия
2d.
Значения
приведены в приложении
B
.
Для насосов с диаметром впускного фланца, равным или большим
100 мм, номинальный диаметр камеры
должен быть равным фактическому диаметру впускного фланца.
Для насосов с диаметром впускного фланца, менее
100 мм, диаметр камеры должен соответствовать
100 мм. Переход к впускному фланцу насоса выполняют с помощью конического переходника 45
°,
в соответствии с рисунком 1.

1
- патрубок напуска газа;
2
- патрубок напуска и точка измерения температуры
;
3
- подсоединение вакуумметра и масс-спектрометра;
D
- внутренний диаметр измерительной камеры, м;
- толщина стенки диафрагмы, м;
,
- давления в измерительной камере для метода двух манометров, Па или мбар

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.


1
- измерительная камера;
2
- форвакуумный насос;
3
- испытуемый насос;
4, 5
- клапан напуска газа;
6
- вакуумметр для измерения
;
7
- вакуумметр для измерения
;
8
- вакуумметр для измерения
;
9
- нагревательная рубашка;
10
- точка измерения температуры

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

, (5)

где C - расчетная проводимость, учитывающая размер отверстия и свойства газа.

Базовые давления
,
в верхней и нижней частях измерительной камеры измеряют после прогревания (5.4) и перед напуском газа. Проводимость отверстия с диаметром
d
и толщиной
рассчитывают по формуле
, (6)
где
- поправочный коэффициент (только для
),
который может быть определен как средняя вероятность пропускной способности диафрагмы.
Размерность в формуле является постоянной величиной. Подставляемые значения
R=
8,314 Дж/(моль·К),
28,97
·10
кг/моль,
293 К (20
°C)
имеют размерность м
(7)

или л/с

, (8)
где
и
d
измеряют в метрах.

5.2.5 Проведение измерений методом двух манометров

Расположение измерительного оборудования показано на рисунке 4. После прогревания при длительной откачке и закрытых клапанах напуска газа базовые давления
и
будут преобладать в измерительной камере (5.4).

5.2.6 Регулировка приборов измерения давления

После достижения и регистрации базовых давлений
и
в измерительную камеру напускают пробный газ через клапан (рисунок 4, позиция
4
), чтобы проверить чувствительность средств измерений (рисунок 4, позиции
7
и
8
).
Так как газ поступает непосредственно на вход насоса, фактические разности давлений
и
должны быть одинаковы при постоянном течении потока газа через клапан.

ВНИМАНИЕ! Используйте только сухие газы (99,9%) для измерений, чтобы избежать процессов адсорбции и десорбции.

Давление
нужно измерять как минимум в трех точках в каждом десятичном диапазоне, начиная с порогового значения, вдвое превышающего базовое давление
.
Вычисляют соотношение
для каждой пары значений давления, которое должно быть равно 1. Если есть отклонения от 1, чувствительность одного средства измерения должна корректироваться коэффициентом среднего отклонения для каждого диапазона.

После регулировки измерительную камеру откачивают до базового давления и начинают определение быстроты действия.

5.2.7 Определение быстроты действия

Газ напускается в измерительную камеру через регулируемый клапан (рисунок 4, позиция 5). Проводят измерения с повышающимися давлениями, начиная с порогового значения, вдвое превышающего базовое давление
.
Когда требуемое давление
будет достигнуто и останется стабильным в течение не менее 60 с в пределах
±3%,
тогда данное измерение можно считать верным. Если давление нестабильно из-за неустановившегося режима, то следует подождать его стабилизации. Проводить измерения нужно как минимум в трех точках в каждом десятичном диапазоне давлений до
1
·10
Па или до давления, при котором длина свободного пробега молекул газа (см. [
18
])
в верхней части измерительной камеры станет меньше чем 2
d
, где
d
- диаметр отверстия (приложение В). Давления
,
и
регистрируют при каждом измерении.
Быстроту действия
определяют по формуле (5).

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

Наносят в полулогарифмических координатах (рисунок 5) график зависимости быстроты действия
испытуемого насоса, вычисленной по формуле (5), с учетом впускного давления. После этого наносят кривую быстроты действия
форвакуумного насоса (если он используется), вычисленную с помощью уравнения
, с учетом давления
, чтобы показать типоразмер форвакуумного насоса. На оси абсциссы должен быть приведен весь диапазон давлений
и
. Следует указать базовые давления вакуумного
и форвакуумного насосов
.

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;

e)
(номинальный диаметр измерительной камеры или переходника);

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.


X
- впускное давление, Па;
Y
- быстрота действия л/с;
- быстрота действия испытуемого насоса;
- быстрота действия форвакуумного насоса

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).

Эти проблемы не возникают при прерывистом процессе откачки, когда камеру откачивают повторяющимися циклами
с промежуточными периодами ожидания
.
В начале цикла камеру перекрывают, давление регистрируют как исходное давление. Камеру откачивают в течение определенного времени
, пока давление не понизится на несколько процентов. После этого процесс откачки прерывают и второе значение давления регистрируют после интервала
, обеспечивающего тепловую стабилизацию. Стабилизация достигается, когда давление приобретает стационарное значение. После этого цикл откачки повторяют.

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).

1
- измерительная камера;
2
- клапан напуска газа;
3
- насос;
4
- вакуумметр для измерения
,
,
;
5
- быстродействующий клапан;
V
- объем измерительной камеры;
- объем соединительного трубопровода между испытуемым насосом и быстродействующим клапаном

Рисунок 6 - Схема установки для измерения быстроты действия методом постоянного объема

5.3.3 Быстродействующий клапан

Быстродействующий клапан должен открываться или закрываться менее чем за 0,5 с. Интервал измерения
может быть больше этого времени (т.е.
8 с), чтобы минимизировать его влияние на неопределенность определения быстроты действия.
Для точного измерения значения
время реального открывания быстродействующего клапана измеряют с высокой (достаточной) точностью и включают в вычисления. В зависимости от типа клапана время открывания может отличаться от времени срабатывания клапана.

Так как проводимость клапана уменьшает измеряемую быстроту действия испытуемого насоса, то нужно выбирать прямопроходной клапан с большим сечением прохода.

5.3.4 Экспериментальная установка

Чистота вакуумного насоса, уплотнителей и других компонентов должна соответствовать ожидаемому базовому давлению. Все части установки собирают в соответствии с рисунком 6 в чистых условиях. Вакуумный насос подсоединяют через быстродействующий клапан к измерительной камере при помощи трубопровода с достаточным поперечным сечением (5.3.7). Клапан устанавливают близко к впускному фланцу насоса, чтобы минимизировать объем
соединительного трубопровода. Трубопровод между клапаном и измерительной камерой можно увеличить до большего поперечного сечения. Номинальный диаметр соединительных элементов должен быть равен впускному отверстию насоса или больше него. Объем
соединительного трубопровода между быстродействующим клапаном и входом в вакуумный насос должен быть меньше 1% объема
V
измерительной камеры, т.е.
.

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.

5.3.5 Определение быстроты действия

Быстроту действия
вакуумного насоса в интервале
между давлениями
и
(при изотермическом процессе откачки газа) вычисляют по формуле
. (9)
Неопределенность измерения объема
V
измерительной камеры должна быть
менее
0,5%. Для измерения давлений
,
, а также
, быстродействующий клапан (рисунок 6, позиция
5
) между вакуумным насосом и измерительной камерой должен быть открытым в течение фиксированного интервала времени