科学仪器的“心脏” --涡轮分子泵

科学仪器一般是指科学家使用的用来采集、处理数据、实验、测量和检查样本等活动的仪器装置，它们可以帮助科学家们更加容易地能够收集更多、更准确的观测数据。 科学仪器应用广泛，物理学、化学、地理学、天文学、生物学.材料科学等，各个科学研究领域都会使用仪器特定的科学仪器来获取有效的数据。

在介绍“心脏”分子涡轮泵之前，我们先了解下真空环境在科学研究中具有非常重要的意义。

因为它可以提供以下优势和应用：

-- 消除气体干扰：真空环境可以消除大多数气体分子，从而避免其与实验样品相互作用或干扰，使得实验结果更加准确可靠。

-- 防止材料氧化：在真空环境下，可以防止一些材料由于氧化反应而被污染或损坏，尤其是对于高温的固态反应、纳米制备技术以及电子器件制造等领域尤为重要。

-- 研究极低压下的物理现象：一些科学研究需要探索极低压下的物理现象，例如太空科学、星际物理等领域。

上述的作用可以在电子显微镜、质谱仪、光谱仪、气谱仪、核磁共振仪器等得到淋漓尽致的体现。总之降低背景干扰、提高分析精确度、减少设备故障率都与真空环境有着息息相关的联系。研究数据越是精密精准，对于真空的要求就越高。

真空环境的形成:

在科学研究中，如何科学的获得真空呢？在科学设备中，一般通过真空泵来获取高真空。最简单的真空泵就是机械泵，原理上和小气筒抽气是一样的。只不过是通过转子旋转，将空气从吸气口吸入，然后从出气口排出。机械泵能够达到的真空度大概是1Pa，也就是大气压的十万分之一。当然了，这样的真空度还远远达不到很多物理实验的要求。这时就要请出一位“泵”届大佬，分子泵。分子泵利用靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合，给空气分子一个额外的定向速度，从腔体中抽出。分子泵只可以用来抽已经具有一定真空度的腔体，并且其出气端也要保证有较好的真空度防止气体倒灌伤害叶片。我们采取的办法是给分子泵接入一个前级泵，一般都是用机械泵。只有先用机械泵将腔体中的真空度抽至10Pa以下的时候，分子泵才可以启动。并且只要分子泵在启动状态，前级机械泵就要一致维持运转。启动和关闭都要严格遵循程序，否则就可能造成“机毁泵亡”哦。当然大家不用害怕，一般科学仪器都会配置UPS不间断电源的。

现在我们来介绍“心脏”了--- 涡轮分子泵

涡轮分子泵属于动量真空泵的范畴，它们的设计类似于涡轮机的设计，多级具有叶盘的涡轮状转子在壳体内旋转，涡轮机或压缩机的叶片被统称为叶片装置，转子盘之间插入具有类似几何形状的叶片定子盘。

先看一下分子涡轮泵的组成，这个是电子驱动单元，这个是陶瓷球轴承，旋转轴，定子片，转子片，永磁轴承，安全轴承。

涡轮分子泵工作原理是，是基于将动量从快速旋转的叶片传输给被泵送的气体分子，与叶片碰撞的分子被吸附在叶片上，然后在一段时间后再次离开叶片，在该过程中，叶片速度被加到分子热运动速度上，为确保由叶片传输的速度成分不因与其他分子碰撞而损失，分子流必须在泵中占主导地位，也就是上期说的平均自由程必须大于叶片间距。气体粒子进入涡轮泵，这些粒子撞到定子片时，会发生漫反射，当粒子撞到转子片时，它们的热速度与转子的速度相叠加，被撞击到下层叶片中，下层叶片继续反复这个过程，气体粒子就沿着前级真空法兰的方向被压缩，随着腔内气体分子越来越少，腔内的真空度越来越高，最后达到目标真空度，气体顺着法兰由前级真空被排出，离开涡轮泵。

常见的实验用分子泵满转速可以达到1500Hz，也就是每分钟90,000转要知道，航空发动机的转速都不会高于500Hz，由此可见分子泵的抽气能力是很强的。不过分子泵的高转速使得它十分“脆弱”。一粒灰尘甚至气体本身都会对运转中的风扇造成巨大的伤害。如果非正常断电造成的泄真空的过程，分子涡轮泵无法很缓慢的降低转数，无法低于一定转数后可以进行关机。一般质谱仪、电镜、气液相仪器都是配UPS不简单电源使用的。 其实断电并不是最可怕的事情，电压不稳定，电力中断8ms以上都会对转数失去控制。这个时候转数迅速的下降上升，将会磨损涡轮泵的轴承，甚至会将脆弱的叶片瞬间打断。科学仪器领域常用的涡轮分子泵主要是英国Edwards和德国Pfeiffer，基础型号价格在10万-20万。

相对于高昂分子泵价格，为科学仪器配置一台 工业UPS不间断电源 就显得非常有必要了。 需要特别提醒UPS不间断电源也分高频UPS和工频UPS；推荐大家选购工频UPS不间断电源。更大的电池储备时间、更快的响应速度、更稳定输出，最重要的是在线式供电模式基本杜绝电压不稳与闪烁。我们推荐 ZGD系列UPS产品，其制造商谷登电气拥有20余年历史。

电子显微镜、质谱仪、气相仪在科学研究中广泛的应用，作为他们的“心脏”涡轮分子泵举足轻重。 这些仪器所能取得每一项分析数据都是极其珍贵的，为了保护好它们，必须考虑增配一台 工频UPS不间断电源。