本文介紹了一套新研制的擴散真空泵性能的自動測試系統。該系統可以按照國家標準規定的方法自動檢測擴散真空泵的極限壓力和抽速。系統利用自主開發的光電液位檢測方法和元件實現滴管液位的自動讀取和記時；利用步進電機驅動針閥實現氣體流量和測試罩內壓力的自動調節；使用上位PC 機和下位單片機的雙級控制系統實現對整個測試系統和測試過程的自動控制。

　　作為應用最廣的高真空抽氣設備，油擴散泵在國內的生產、研究方面已達到相當的技術水平和一定的生產規模，被廣泛應用于機械、電子、冶金、原子能、空間模擬等工業領域和科學技術研究中，為我國的科技發展做出了顯著的貢獻。近幾年來, 國內擴散泵產品從外觀、功能到性能都有了較大的進展。

　　相對于擴散泵的生產企業數量和生產總量來說，國內擴散泵在產品性能檢測方面還相對落后。目前很多企業尚沒有自己的性能測試系統，對泵產品在出廠前的性能指標缺乏實際檢測。國內現有的相關檢測系統都采用全手動操作方式，對操作人員有較高的專業知識和實驗技能要求，需經過專門培訓才能勝任此項工作，而且測試數據精度受許多人為因素的影響，這些都為生產廠家自己獨立開展擴散泵性能測試增加了難度。

　　針對這一現狀，本文研制了一套擴散真空泵性能的自動測試系統。下面將就該系統的測試原理、系統的硬件與軟件構成、研制過程所遇到的技術難點和解決措施作以介紹。

1、自動測試系統的測試原理

　　該套測試系統對擴散泵的極限壓力和不同入口壓力下的抽速曲線的測試原理與方法，完全參照相關國家標準的規定執行。其中擴散泵抽速曲線的自動檢測，采用“定壓法”原理測試。對應每一個測壓點的測試步驟是：在工作閥開啟的條件下，利用針閥調節充入測試罩的氣體流量Q，使測試罩內的平衡壓力p 穩定在預期的壓力值附近；關閉工作閥，依次記錄滴管內液柱到達液位高度h1 和h2 的時間t1 和t2；通過計算液柱凈升高度h=h2- h1 和上升所需時間t=(t2- t1)，利用下式求得對應壓力下的體積流率，即抽速。

式中S———被測真空泵抽氣速率，L/s
　　Q———流過泵口的氣體流量，Pa·L/s
　　p———測試罩內規定位置的平衡壓力，Pa
　　h———滴管內液柱上升凈高度，mm
　　t———滴管內液柱上升所需時間，s
　　K———滴管函數，Pa·L/mm。

　　根據上述公式可知：要想計算出抽速S，需要已知對應測壓點的K、h、p 和t。其中，滴管函數K可以根據不同的滴管和連接管道尺寸，結合實際的測試工況事先計算出來；因此，實際需要讀取的只有測試罩指定位置平衡壓力p、滴管內液柱凈升高度h 和液柱凈升高度h 所需時間t 三個量。該套測試系統所具有的自動測試功能，主要是指工作閥采用電磁閥自動開啟關閉；針閥完成流量調節的過程采用步進電機驅動，并根據罩內實測壓力與預設壓力的對比進行反饋控制；利用光電液位開關測定滴管內液位到達設定位置h1和h2 高度處的時間t1 和t2。整個測試過程，以及之后的抽速計算、結果輸出工作，均由計算機自動控制完成，只是在更換滴管和連接管路的過程中需要操作人員手工作業。

2、自動測試系統的硬件構成

2.1、機械部分構成

　　該測試系統機械部分的主體設計方案基于國家標準的詳細規定。其結構如圖1 所示，主要由測試罩、提升機構、前級閥、預抽閥、工作閥、放氣閥、微調閥、滴管、光電液位開關、貯液槽、臺車和真空管路等組成，被測主泵為K- 200 型油擴散泵，前級為2X- 4 型旋片泵。

　　考慮到該實驗臺的主要用途是服務于東北大學過程裝備與控制工程專業本科生的真空實驗教學，所以在結構和功能上有所改動、擴展。對應K- 200 型油擴散泵，本應選用直徑為200 mm的測試罩，但考慮其它教學實驗用途，本系統使用了直徑為400 mm 的測試罩，中間加裝錐形過渡接口和插板閥與被測擴散泵相連。這些會導致管道流導的增加，從而使泵的抽速測定值降低，但不影響測試系統的工作原理和使用方法。在測試罩上還留有兩個真空規管接口、一個前級閥接口、一個微調閥進氣口、頂端留有放氣口，以及連接其他真空測試儀器的兩個備用接口。提升機構可以將測試罩提起，方便主泵的更換和其它教學實驗的完成。考慮到要實現自動控制，所有的閥門均選擇電磁驅動。此外，根據實驗需要，還專門訂制了內徑分別為1.5、3、5、10、20、30、50 mm 的一系列滴管。

1.臺車　2.貯液槽　3.變壓器油　4.光電液位開關　5.滴管支架　6.工作閥　7.滴管　8.真空管　9. 針閥　10. 提升機構　11. 步進電機　12.測試罩　13.放氣閥　14.電離規　15.電阻規　16.預抽閥　17. 波紋管　18 . 錐形過渡接口　19 . 插板閥　20 . 前級閥　21 . 擴散泵　22.電磁帶充氣閥　23.旋片泵

圖1 擴散真空泵性能自動測試實驗臺示意圖

2.2、測試與控制系統構成

　　本套測試系統需要驅動和控制的對象如表1 所示。

表1 控制對象列表

　　本套測試系統所用的傳感與測試元件如表2所示。

表2 傳感與測試元件列表