低温真空试验箱实战手册，使用及操作规范

二、设备原理与结构

1. 真空腔：采用不锈钢材质，确保密封性和耐腐蚀性，内部配置样品架及温度传感器。
2. 制冷系统：分为机械制冷（-80℃）和液氮制冷（-170℃），通过热交换实现温度控制。
3. 真空系统：由机械泵、罗茨泵、分子泵组成，可实现 1.3×10⁻³ Pa（无冷阱）至 5×10⁻⁵ Pa（含冷阱）的真空度。
4. 控制系统：通过 PID 算法调节温度和真空度，支持手动 / 自动模式切换，并配备实时监控界面。

三、操作流程详解

（一）准备阶段

1. 系统上电
   • 开启水冷系统，确保循环水流畅；依次接通磁流泵、空气压缩机、试验箱电源，等待 3-5 分钟完成初始化。
2. 参数设置
   • 根据试验需求设定目标温度（-170℃~150℃）和真空度（常压～0.5kPa），若需极限真空，需提前开启冷阱并注入液氮。

（二）抽真空操作

1. 自动模式
   • 按 F2 进入操作界面，选择 “高真空”→“真空试验准备”，系统自动启动机械泵、罗茨泵、分子泵，约 18 分钟完成加速。随后点击 “真空试验运行”，逐级抽真空至设定值。
2. 手动模式
   • 适用于压力＞1E3Pa 的场景：
     • 开机械泵→旁路阀→低阀，降至 1E3Pa 后关旁路阀，启动罗茨泵；
     • 压力降至 3E0Pa 时关低阀，开预阀→高阀→分子泵（需确保分子泵运行正常后再开高阀，避免油污染）。
3. 冷阱辅助
   • 若需达到 5×10⁻⁵ Pa 真空度，需在冷阱中注入液氮，调节流量阀避免喷液，同时监测 “冷阱液氮出” 口温度。

（三）温度控制

1. 升温
   • 通过石英灯辐射加热，直接输入目标温度并点击 “运行”，系统自动调节功率。
2. 制冷
   • 机械制冷：温度＞-80℃时直接设定，系统通过两级压缩机接力降温。
   • 液氮制冷：温度＜-80℃时，先机械制冷至 - 70℃，再开启液氮阀，系统自动控制电磁阀注入液氮。

（四）开箱与关箱

1. 开箱流程
   • 试验结束后，将箱内温度升至 55℃保温 30 分钟，避免冷凝；开启氮气瓶（压力 0.5MPa），点击 “放气阀” 充氮至箱门弹开，立即关闭阀门。
2. 关箱检查
   • 清理箱内杂物，检查传感器、接线是否完好，确保无裸线；机械旋紧箱门后启动抽真空，箱门会自动压紧。

四、维护保养指南

1. 真空泵维护
   • 油位与油质：每周检查油位至油标中心，新泵运行 100 小时后换油，后续每 500 小时更换一次；若油质变黑或含金属粉末，需立即更换。
   • 部件检查：每月清理排气过滤器（冒烟时需更换），检查轴套磨损情况，及时更换密封圈。
2. 制冷系统
   • 定期清洁冷凝器表面灰尘，确保散热良好；检查制冷剂压力，若泄漏需补焊并重新充注。
3. 控制系统
   • 每季度校准温度传感器，使用标准温度计对比显示值，误差超过 ±0.5℃时需调整。

五、安全操作规范

1. 电气安全
   • 设备必须接地，定期检查电源线绝缘性；避免湿手操作，防止触电。
2. 机械防护
   • 开箱时佩戴隔热手套，防止低温冻伤；箱门关闭后严禁强行开启，需待压力平衡。
3. 真空系统
   • 抽真空时避免高阀与低阀同时开启，防止回油；长期停用前需将真空泵拆解，涂油保存。
4. 应急处理
   • 若发生报警（如温度失控、真空度异常），立即切断电源，排查传感器、加热管或制冷压缩机故障。

六、常见问题与解决方案

1. 真空度不足
   • 原因：密封圈老化、管道泄漏、真空泵油污染。
   • 解决：更换密封圈，用氦质谱检漏仪定位漏点，清洗真空泵并换油。
2. 温度波动大
   • 原因：传感器故障、加热管老化、PID 参数未优化。
   • 解决：校准或更换传感器，更换加热管，重新设定 PID 参数。
3. 制冷效果差
   • 原因：制冷剂泄漏、冷凝器积尘、蒸发器结霜。
   • 解决：补漏并充注制冷剂，清洁冷凝器，化霜后检查湿度控制。

七、实战技巧与案例

1. 热损失控制
   • 在样品与冷阱间加装丙烯酸玻璃垫片，可减少 83% 的热损失（280K 时），提升温度稳定性。
2. 材料测试案例
   • 航空航天材料：预处理后在 - 196℃、10⁻⁵ Pa 环境下保持 24 小时，通过 SEM 和 XPS 分析表面结构变化，对比初始与终力学性能。
3. 快速降温技巧
   • 采用二次设定法：先设目标温度的 80%，待过冲回落后再设至目标值，可减少温度波动。

八、结论