Home


 
Панорамний огляд неонових відкачних систем

В даний час на ринку є багато різних насосних систем для неону. Тут будуть оцінені варіанти для полегшення розуміння і вибору.
Намір полягає не в тому, щоб дати точний із наукової точки зору опис виробництва неонових ламп або вакуумної техніки, а в тому, щоб допомогти людям, які не обов'язково мають технічну і наукову підготовку і розуміють основні принципи, які починають діяти, коли ми залишаємо навколишнє середовище з атмосферним тиском і входимо в специфічний світ вакууму, де практичні міркування, діючі в звичайному емпіричному досвіді, більше не застосовні. 
Отже, будь ласка, терпіть надмірну простоту описів.
Насосні системи для неону можуть бути оцінені, виходячи з безлічі чинників: використовуваний матеріал, схема заводу, якість виконання компонентів, легкість збірки, розбирання і обслуговування, можливість автоматизації, контроль якості і управління виробничим процесом.

Матеріали
Скло або метал
Стекло було першим матеріалом, використовуваним у вакуумному устаткуванні. Скло має низьку пористість і низьке газовиділення. Легко очищається і дуже стійке до хімічних дій (особливо боросилікатне, також зване пірекс). Скло - хороший електроізолятор. Склу можна легко і недорого надати потрібну форму для всіх потреб. На додаток до цього, скло - знайомий матеріал для склодува. Із усіх цих причин, неонові маніфольди (виключаючи механічний насос) робилися зі скла протягом багатьох десятиріч. Клапани робилися на гвинтових подвійних конусах, з основою і мастилом. Такі клапани легко ламалися, особливо коли внутрішній вакуум штовхав конуси один проти другого.
В Західній Європі з цієї причини скло безперервно витіснялося протягом шестидесятих, семидесятих і восьмидесятих, на користь металів подібно міді, латуні, алюмінію, і сталі, особливо нержавіюча сталь. Був створений спеціальний каучук з низьким газовиділенням, що дозволяє легко робити вакуумнощільні зв'язки між металевими частинами. Бразильський каучук (для середнього вакууму) вітон і тефлон для високого і крайнього вакууму, стали стандартними у вакуумній технології. Міжнародні стандарти розмірів були введені для фланцевих з'єднань так, щоб насоси, інструменти, вимірювачі і трубопроводи могли бути легко зібрані.
Останніми роками скло знов стало вживаним. Нові пластмаси, використовувані в комбінації з металами, можуть також дуже успішно використовуватися з склом. Скляні клапани тепер мають тефлонові або вітонові кільця і вони ніколи не ламаються в ході нормальних дій. Скляні фланці повністю відповідають міжнародним стандартам для вакуумних з'єднань.
Єдина незручність скла - його недовговічність, компенсована довгим списком переваг:
- Скло прозоре і добре видно забруднення які виникають при нагріванні і бомбардингу і конденсуються на холоднішому маніфольді
- Пористість поверхні нижча, тому поглинання забруднень менше і їх легко вичистити.
- Газовиділення менше, це зменшує час відкачування.
- Скло в холодному стані електрично ізолює, знижуючи можливість електричного розряду через маніфольд до насоса. Скло безпечніше за наявності небезпечних струмів від трансформатора бомбардингу (якщо метал добре заземлений, він також безпечний). Див. мал. 1
- Скло, особливо боросилікатне, є хімічно інертним.
- Скло - знайомий матеріал для склодува неонових трубок.
- Зі склом легше і дешевше знайти течі в маніфольді. В металевих маніфольдах неможливо використовувати високочастотні котушки (стандартний датчик течі, звичайно використовуваний в кожній неоновій насосній системі), в цьому випадку стає необхідним дуже дорогий геліевий датчик течі. Це змусило б виготовлювача неону використовувати і оплачувати послуги спеціалізованої компанії.
Скляні клапани і з'єднання в більшості випадків дешевші.


Мал. 1. висока напруга від трансформатора бомбардера знаходить легкий шлях (короткий і іноді з нижчим тиском) до металевого заземленого ротаційного насоса - виділено синім кольором. Цей шлях був би набагато коротший для металевого маніфольда. Якщо трубки довгі, то середина лампи, подібно заземленню, має напругу, близьку до 0 (жовта секція). Щоб уникати цього, бажано дротом з'єднати штенгельні електроди із заземленням або бомбардувати дві лампи одночасно (якщо трансформатор може забезпечити достатню напругу), так що обидва далекі електроди отримають високу напругу, і обидва штенгельні електроди, пов'язані з маніфольдом будуть мати близьку до 0 напругу.

Пластмаси і каучук
Пластмаси і каучук забезпечують дуже легкі і щільні з'єднання у вакуумній системі. Але, оскільки багато які з цих матеріалів в умовах дуже низького тиску дають сильне газовиділення, необхідний обережний вибір.
Виявилося, що деякі матеріали, подібно тефлону, мають дуже низьке газовиділення, більш-менш подібне склу. Тефлон також дуже стійкий до хімічних впливів. Із цих причин, і дякуючи його гнучкості, тефлонові трубки і компоненти використовуються в лабораторних установках крайнього вакууму замість скляних і з неіржавіючої сталі. Сучасні скляні клапани також використовують тефлонові прокладки.
О-кільця для використання у вакуумі робляться з вітону, особливого каучуку, розробленого спеціально для цього.
Бразильські гумові шланги підходять до тиску 0.01 mbar (наприклад, щоб приєднати ротаційний лопатевій насос). При нижчому тиску, подібно створеному дифузійним насосом, у цього матеріалу починається газовиділення і він не повинен використовуватися.
Матеріали подібні силікону мають сильне газовиділення і не повинні використовуватися.
Як правило ми повинні гарантувати, що використовуваний матеріал є відповідним для вакууму, створеного насосами. Використання насоса з високим остаточним вакуумом разом з матеріалами, які мають сильне газовиділення в таких умовах більш руйнівно, ніж наявність насоса, який забезпечує слабкий вакуум. Відносно слабкий насос залишить домішки, які будуть реагувати в лампах, створюючи інертні речовини (якщо таких домішок - не дуже багато); речовини ж, які виділяються з каучуку, пластмас, або масел і мастил можуть приводити до появи коливань, погіршення кольору або отруєння активації електрода.
На закінчення – правило, яке ми повинні пам'ятати: чим вищий кінцевий вакуум, тим обережніші ми повинні бути у відборі відповідних матеріалів.Масла і мастила
Що стосується пластмас і каучуку, ми повинні звернути увагу на характеристики масел і мастил, коли вони знаходяться під вакуумом. Для ротаційного лопатевого насоса масло повинне мати відповідну в'язкість, позначену виготовлювачем насоса, і густину пару (залежно від тиску і температури), нижчу ніж кінцевий вакуум насоса при його робочій температурі. Це означає практично, що масло не повинне виділяти пару у вакуумних умовах, створених насосом.
Старі скляні клапани і закриваючі крани вимагали частого застосування силіконового мастила для подвійних конусів. Нові клапани і з'єднання можуть забезпечити цілком вакуумнощільне з'єднання, не будучи змащені, але якщо злегка змастити силіконом о-кільця, то це захистить їх.
Дифузійні насоси в неоновій області використовують силіконове масло як пропелер. При низькому тиску і відповідній температурі, масло створює швидколетючі частинки парів, що заздалегідь конденсуються в нагрівачі. Масла можуть відрізнятися по густині, в'язкості, температурі кипіння і кінцевому вакууму. Масло, яке має нижчу температуру кипіння, починає працювати при вищому тиску і дозволяє досягати нижчого кінцевого вакууму.

Конструкція маніфольда 
Неоновий маніфольд буде служити вам протягом довгого часу і повинен не тільки забезпечити хороший неон, але й бути здатним не відставати від можливих майбутніх змін звичок, технології, і ринкових вимог. Із цих причин він повинен мати здатність відповідно обробити неонові трубки дуже різних розмірів, заповнювати їх різними інертними газами і сумішами, легко обслуговуватись, і дозволяти введення автоматичного контролю. Кінцевий вакуум і швидкість відкачки
Важливо мати загальне розуміння обробки неонової трубки і її фізичних принципів.
Неонові труби нагріваються внутрішнім електричним розрядом в залишках повітря при низькому тиску (2-8 mbar). Комбінація високої температури, променевого, іонного бомбардування і низького тиску допомагає видаляти забруднення, поглинуті в зовнішніх шарах внутрішніх скляних стін або флуоресцентних порошків і дозволяє нам відкачати їх. Без цього очищення лампи були б здатні працювати не більше, ніж небагато хвилин.
На додаток до цього, процес бомбардингу виконує іншу задачу: активація електродів. Внутрішня поверхня раковин електродів покрита шаром хімічних сполук, які повинні прореагувати, залишаючи окиси барію, стронцію або кальцію. Тільки після того, як завершиться ця хімічна реакція, можлива робота електродів з номінальним струмом.
Щоб зробити цю подвійну роботу, ми потребуємо засобів управління тиском і струмом в трубках. Якщо тиск або струм не є відповідними, лампи можуть бути серйозно пошкоджені і будуть мати набагато коротше життя. Добре зроблена неонова лампа повинна бути здатна безперервно працювати протягом десяти років або більше, але це перш за все залежить від умов процесу бомбардингу.
Оскільки цей процес інтенсивно звільняє забруднення, насосна система повинна вивести їх з максимальною можливою швидкістю і в максимально можливій мірі за той час, який є, поки трубки остигають.
Забруднення, які залишаються в трубках, як тільки вони охололи до температури середовища, будуть частково сконденсовані на внутрішніх стінах і поглинуті знову. Це означає, що вакуумна система має обмежений час для того, щоб качати. Це означає, що тільки деяка міра вакууму може бути досягнута протягом цього інтервалу і після цього трубка повинна бути негайно заповнена інертним газом і знята. Це також означає, що марно мати устаткування, яке дає кінцевий тиск набагато нижчий, ніж цей рівень. 
Це відбувається через те, що при дуже низькому тиску швидкість відкачки з трубки практично не залежить від того, наскільки хороший вакуум створює насос, а визначається практично тільки геометрією. Тобто: чим більше переріз штенгеля – тим більша швидкість відкачки. Але, на жаль, практично неможливо використовувати скляні штенгелі більшого перерізу, ніж ті, які прийнято, тому що через це стане надзвичайно важко або навіть неможливо благополучно відпаяти трубку від маніфольда, як тільки процес закінчений. 
Фактично швидкість високовакуумних насосів відповідає величині їхніх вхідних отворів. Так, в заключних стадіях нашого відкачування, переріз і довжина нашого штенгеля визначать швидкість відкачування, незалежно від того як, швидко наш високовакуумний насос працює. Практично ефективність нашої системи здатна збільшити насосну швидкість, поки тиск не менше 0.05 mbar Якщо наш набір насосів може створити вищий вакуум, то тільки з часом цей вакуум буде в наших трубках. Чим вищий вакуум ми хочемо, тим довший, по експоненті, буде час, який ми повинні будемо чекати.
Практично, вакуум в трубках 0.001 mbar - реалістична ціль. Наш вакууметр, що, звичайно розташовується в маніфольді, не буде здатний виміряти в трубках і вказувати тиск, нижчий ніж це.


Мал.2 Зліва: схема неонової трубки, з'єднаної з маніфольдом перед відкачкою. Справа: Ситуація в кінці відкачки. Атоми зображені кружками. 

Промивка гелієм
Сказане вище допомагає нам зрозуміти велику допомогу, яку може дати гелій в очищенні неонових трубок.
Гелій - один з п'яти благородних газів, хімічно інертний. Його атом має найменший розмір. Якщо після бомбардингу, як тільки тиск в лампі знижується до 0.1 mbar, ми напустимо в трубку невелику кількість гелію, ми змішаємо цей газ із забрудненнями, що залишаються і, оскільки тиск в трубці при цьому підніметься, зможемо набагато швидше викачати їх всі разом. Газ, що залишається, після цього буде головним чином гелієм, інертним газом, який не буде створювати ніякого негативного ефекту. Іншими словами, гелій може використовуватися як ополіскуючий газ.
Гелій має інші цікаві характеристики:
Він має високий потенціал іонізації, який робить електричний розряд через цей газ дуже гарячимо, і оточуюче скло злегка гарячим.
Катод, що бомбардується легкими позитивними іонами гелію залишається холоднішим протягом можливого другого бомбардування, тоді як електроди, які були вже активізовані, не повинні бути нагріті знову.
Добре-розроблена насосна система повинна забезпечувати можливість додати цей газ, щоб отримати користь від його позитивних якостей.

Активація електродів
Хімічна реакція, яка спалює первинне внутрішнє покриття раковини електрода, відбувається при високій температурі (900оС) і під впливом іонного бомбардування катода. Продукт цього спалювання - сполука окислів барію, стронцію і кальцію, яка є ефективною активною поверхнею електродів. Цей тонкий шар окислу істотний для дії активованих електродів. Ми повинні бути здатні точно управляти тиском протягом заключних стадій бомбардування, до моменту, коли раковина досягне необхідної температури. В цей критичний момент сильний електричний розряд при дуже малому тиску може спричинити розпилення маси активації. Електрод тоді працював би як неактивований і невідповідний струму, для якого був призначений. Життя трубки було б в цьому випадку дуже коротким.

Відповідні насоси
Ціль насосів, пов'язаних з маніфольдом полягає в тому, щоб забезпечити правильний кінцевий вакуум і максимальну швидкість у специфічному інтервалі тиску між 1 mbar (кінець бомбардингу) і трохи менше, ніж 0.001, який є тиском, якого ми можемо досягти в лампі за час її швидкого охолодження. Оскільки, як ми бачили раніше, кінцевий тиск нижчий, ніж 0.00001 mbar – не наша ціль і не забезпечує ніякої вигоди. З іншого боку, якщо наш кінцевий тиск не може бути нижче ніж 0.001 mbar, це може бути критичним в деяких ситуаціях (довгі або великі лампи, скло малого діаметру, наприклад 6 або 7 мм). Швидкість відкачування дуже зменшується у міру наближення до кінцевого тиску насоса і це зниження швидкості сталось би прямо в інтервалі, де ми потребуємо найшвидшого відкачування. Крім того, продуктивність механічних насосів зменшується, коли насоси і їхнє масло стають старими. Зі всіх цих причин добре розроблена система повинна включати вторинний високовакуумний насос.

Первинний насос
Подвійний ротаційний лопатевий насос може забезпечити кінцевий вакуум приблизно 0.005 mbar. Швидкість цього насоса залежить від розмірів його порожнин. Збільшення розміру цього насоса може бути способом уникнення установки вторинного високовакуумного насоса. Проте, це робить важчим управління швидкістю відкачування при вищому тиску. Необхідно вводити додатковий клапан, щоб управляти повітряним потоком від лампи. Інакше ця проблема проявилась би в межах близько 1 mbar, коли робиться обробка електродів в кінці бомбардування. Але, оскільки це зменшило б насосну швидкість системи, це був би суперечливий варіант.
З вищезгаданих міркувань стає ясно, що кращий проект повинен фізично включати два інструменти, один для тиску бомбардингу, з прекрасним управлінням насосної швидкості, і один для високого вакууму, який буде досягнутий після бомбардування, тоді як трубка остигає і ми потребуємо найвищої продуктивності.
Подвійний лопатевій ротаційний насос з насосною швидкістю приблизно 5 куб.м./час (при атмосферному тиску), видається ідеальним, як первинний насос. Ця машина була б здатна відкачати 4 лампи на 25 мм 3 метри довжиною до тиску бомбардингу приблизно за 15 секунд.
Сучасні ротаційні лопатеві насоси включають противідсосну зворотну систему або клапан. Без цього масло насоса було б витіснене атмосферним тиском у відкачаний маніфольд, коли насос вимкнений. Якщо використовується старий насос, повинен бути встановлений клапан, що автоматично активізується при відкритті вхідного отвору насоса, щоб дозволити пройти повітрю в трубі, що сполучає колектор. Вторинний високовакуумний насос
Для високовакуумного насоса треба розуміти той факт, що, якщо кінцевий вакуум може змінюватися від одного типу насоса до іншого, швидкість при найнижчому тиску, як ми бачили раніше, залежить головним чином від діаметра вхідного отвору. Оскільки ми повинні качати через вузькі штенгели, всі доступні високовакуумні насоси взагалі надмірні для наших потреб.
Вибір може бути серед трьох типів механізмів:

1. Силіконові дифузійні насоси 
Це сімейство насосів використовує спеціальні масла. Саме масло діє як двигун насосів. Ртуть була майже повністю відкинута через її токсичність. Масло нагрівають до температурі між 160‘ і 180‘С (залежно від типу вибраного масла), де воно кипить при тиску приблизно 0.05 mbar. Температура кипіння залежить від типу вибраного масла.
Графік на мал. 3 показує, що при тиску, де ми потребуємо найшвидшої дії, насосна швидкість масляного дифузійного насоса досить низька (див. проміжок між синьою кривою первинного насоса, що спускається, і червоною кривою, що піднімається). З цієї причини важливо, щоб насос був встановлений і підтримувався в ідеальному стані, щоб повністю реалізувати його можливості.
Загалом масло, яке кипить при вищих температурах, може забезпечити вищий кінцевий вакуум, але також і вимагати початку роботи при нижчому тиску, а це не кращий варіант в нашій ситуації.
Силіконові масла – ті, що краще протистоять окисленню і серед них ми знаходимо типи, які починають працювати швидше, при вищому тиску, і є більш відповідними для наших цілей.
Дякуючи їх відносно низькій ціні й дуже легкому обслуговуванню, сталеві дифузійні насоси використовуються в неоновій промисловості. В наукових лабораторіях, з іншого боку, дифузійні насоси малих розмірів були в значній мірі замінені молекулярними насосами.
Доступні металеві і скляні дифузійні насоси. Вакуумна промисловість пропонує діапазон дифузійних насосів з трьома ступенями, які дають вищий кінцевий вакуум, ніж одноступінчатий, представлений на мал. 3, але ця характеристика марна для нас. Їхня насосна швидкість залишається тою ж і, пам'ятайте, наші трубки майже виключно залежать від діаметра і розміру штенгеля. Металеві дифузійні насоси вимагають охолодження водою або прохолодним повітрям, що примусово продувається.
Скляні одноступінчаті дифузійні насоси мають простішу конструкцію і більше місця, доступного для охолодження. Вони добре конденсують масло (що зменшує можливе витікання масла в задній частині) і не вимагають охолодження водою або примусової вентиляції. Важливий аспект дифузійних масляних насосів – управління енергією, що підводиться до масла, щоб воно кипіло. Як в будь-якому киплячому матеріалі, температура залежить від тиску і масло буде захищене від перегріву, якщо воно постійно залишається під вакуумом. Так, якщо нагрівач виділяє дуже багато енергії, це дасть додаткові пари. Ті пари сконденсуються дуже пізно, і насос не буде працювати ефективно. Електронні терморегулятори, які одержують інформацію від термопари, встановленої в масляному резервуарі скляного дифузійного насоса, можуть гарантувати досконалу стабільність і кращу ефективність. Це буде також пристосовувати енергію, дану нагрівачу, до змін температури навколишнього середовища.

2. Молекулярні насоси
Ці насоси мають ротори, що обертаються з дуже високою швидкістю і керовані вельми складною електронікою. Серед них розрізняються три сімейства: молекулярні турбо-насоси, гібридні молекулярні турбо-drag насоси, і молекулярні drag насоси.
З мал. 3 видно, що молекулярні турбо-насоси починають качати останніми і, отже, вони не найкращі в неоновій насосній системі. Дуже підходять гібридні молекулярні турбо-drag насоси. В порівнянні з дифузійним вони починають працювати швидше, при вищому тиску і зменшують можливість забруднення від витікання масла в задній частині.
Через їхню складну механіку і дуже швидке обертання, молекулярні насоси можуть бути відразу ж зруйновані, якщо маленька тверда частинка потрапить в ротори насоса. Повинен бути встановлений спеціальний фільтр, щоб захистити механізм. Він потребує періодичного і правильного обслуговування і змащування. Дякуючи відносно нижчій швидкості обертання drag-насосы менш проблематичні з цієї точки зору.


Мал.3. Порівняння швидкості різних типів насосів залежно від тиску у вакуумній системі.  

Приєднання вторинного висовакуумного насоса
У випадках, коли встановлений молекулярний високовакуумний насос, маніфольд має бути розроблений так, щоб уникнути попадання в молекулярний насоса повітря при атмосферному тиску. Це серйозно пошкодило б високошвидкісну механіку. Особливо в турбомолекулярних насосах, Необхідна автоматична система запобігання відкриття вхідного отвору і клапанів виходу, якщо тиск в маніфольді не нижчий за деяку межу. Drag-насос, який обертається з нижчою швидкістю і має сильнішу механіку, може вибачити досить багато помилок оператора.
Дифузійний насос не має цієї проблеми. Але безперервний прохід повітря при атмосферному тиску приведе до окислення масла і поглинання брудніших парів. Це зменшило б насосну швидкість, і привело до частішого обслуговування і заміни масла. Показана нижче схема маніфольда можливо може зменшити вартість системи, але не забезпечує кращу роботу дифузійного насоса. Все повітря і забруднення з трубок вийде через дифузійний насос. Два окремі шляхи для тиску бомбардингу і для високого вакууму не забезпечені. Оператору при обробці трубок потрібно тримати клапан S тільки трохи відкритим і управляти клапаном В. При управлінні тиском необхідно уникати дуже низького тиску бомбардингу, який пошкодив би електроди. Щоб отримати високий вакуум, треба було б повністю відкрити і S, і В.
Два альтернативні напрями до ламп дозволяють оператору приєднувати наступний набір трубок в той час, як попередньо оброблені остигають.


Мал.4 Неонова вакуумна система з одним трактом відкачки. 

Наступна схема представляє удосконалення, його забезпечує окремий клапан і додатковий первинний насос для дифузійного високовакуумного насоса, який стає захищеним від атмосферного тиску. Тут також було б можливо встановити молекулярний насос замість дифузійного насоса, тоді як в описаній вище схемі (мал. 4), молекулярний насос був би швидко зруйнований безперервним напливом повітря.
Трубопровід з В, або прямим клапаном, треба зменшити в перерізі, або мати дуже добре управління потоком повітря, щоб краще управляти тиском бомбардингу. На жаль маніфольди, що продаються, не мають цієї характеристики і в них у цій позиції ставлять великі дорогі клапани. Менші клапани були б дешевші і працювали краще.


Мал. 5: Неонова вакуумна система з двома трактами відкачування (два роторні насоси)

Ці перші дві схеми найчастіше пропонуються американськими компаніями.
В Західній Європі традиційна використовується схема, зображена на мал. 6:

Мал. 6: Вакуумна система з обхідним клапаном 

Ця схема, (мал. 6) дуже просто дозволяє нам уникати установки другого ротаційного лопатевого насоса, призначеного виключно для того, щоб забезпечити вакуум для вторинного високовакуумного насоса. Встановивши клапан F, ми можемо з'єднати маніфольд із єдиним первинним насосом двома альтернативними способами:
Через високовакуумний насос, відкриваючи Н і F;
Через клапан В, створюючи обхід високовакуумного насоса, який буде підтримуватися постійно під вакуумом, якщо закрити Н і F.
Тут застосовні ті ж зауваження, які були зроблені раніше про розмір або характеристики клапана В або його трубопроводи.

Наступна схема (мал. 7), є удосконаленням традиційної західноєвропейської й гідна бути фаворитом:

Мал.7 Вакуумна система з обхідним клапаном, вакуумним резервуаром і розділяючим клапаном
 

Як можна бачити, удосконалення є такі:
- Додаткове місце подачі газу, призначене для гелію;
- Розділяючий клапан S, (збоку трубок) розташований після входу обхідного трубопроводу з клапаном В (тоді як в американській схемі він стоїть перед);
- Вакуумний резервуар, поміщений біля вихлопного отвору дифузійного насоса.

Функція розділяючого клапана S
Функція в тому, щоб підтримувати майже весь маніфольд постійно під вакуумом. При під'єднанні трубок S буде закритий, разом зі всіма іншими клапанами крім А. Потім А буде закритий, а В відкритий. Трубки будуть відкачані до тиску, близького до 1 mbar (зміна звуку ротаційного насоса не скаже оператору точно, що вакууму в трубках достатньо). Тільки після цього S буде відкритий і тиск буде вимірюватися вакууметрами протягом процесу бомбардингу і подальшого високовакуумного відкачування. Не піддаючи весь маніфольд атмосферному тиску, ми одержуємо дві переваги: 
1. ми уникаємо поглинання повітря з його забрудненнями внутрішніми поверхнями системи, скорочувавши необхідний насосний час; 
2. ми уникаємо пошкоджень датчиків вакууметрів. Датчик вакууметра Pirani, наприклад, має випромінюючу металеву спіраль і якби вона була окислена атмосферним повітрям, це спотворило б правильне вимірювання.

Функція вакуумного резервуару
Робота вакуумного резервуару – постійно забезпечувати дифузійний насос таким вакуумом, при якому він може працювати на вищих швидкостях. Після бомбардингу тиск повинен за кілька секунд знизитися приблизно до 0.1 mbar. Дякуючи великому об'єму вакуумного резервуару, відкриваючи Н і F, ми примусимо тиск майже негайно знизитися приблизно до 0.03 mbar, а це якраз біля тиску найвищої швидкості дифузійного насоса, відповідає проміжку між синьою і червоною лінією на мал. 3. Якщо встановлені drag або гібридний турбо-drag молекулярні насоси, то наявність вакуумного резервуару неістотна.


Мал. 8. Форбалон (резервуар) для вакууму. 

Системи подачі інертних газів
Способи поставляти інертні гази – це гаряча тема і є багато варіантів газів і сумішей. Синя газова суміш може містити різні відсотки неону-аргону і частин криптону або гелію, щоб краще пристосувати лампи до різних кліматичних умов, для внутрішніх або зовнішніх споруд; Криптон або ксенон, або суміші, що містять ці гази також використовуються для ефектів dimming, спеціальних кольорів, або щоб уникнути використання ртуті.
Різні рішення доступні для газових балонів і для управління газовим потоком на маніфольд і трубки:

• традиційні скляні балони
Вони містять 1,25 або 2,5 літра газу при атмосферному тиску і повністю застаріли. Вони створюють великі незручності: вартість самого газу стає дуже великою через кількість витрат на виробництво скляного балона, відкачування повітря, очищення, заповнення і закривання. І все це заради всього лиш 1,25 літра! Також неможливо використовувати балон, не втрачаючи весь його вміст. Ці балони вимагають установки в колекторі декількох скляних клапанів або окремого голчатого клапана.

• важкі металеві балони з високим тиском (від 50 до 150 бар)
Вони найбільш економічні для масового виробництва. Вони вимагають істотних початкових інвестицій для виробництва безпосередньо балона і перетворювача тиску, який повинен бути вакуумнощільним. Ця система не забезпечує легку, швидку і дешеву взаємозамінність різних газів або сумішей. Транспортування і зберігання цього типу балонів вимагає особливої обережності через потенційну небезпеку від високого тиску. Ця система також вимагає установки голчатих клапанів, щоб управляти потоком газу на маніфольд.

• легкі металеві балони з середнім тиском (максимум 12 бар)
Порівняно зі скляними балонами вартість газу дуже зменшена (приблизно в 4 рази). Це рішення також пропонує кращу і найлегшу взаємозамінність: балон може бути знятий і замінений за хвилину, не втрачаючи газ. Ніякі істотні інвестиції не потрібні, щоб купити балони і з'єднати їх з маніфольдом. Простий і дешевий голчатий клапан використовується для подвійної функції: приєднання балона і відкриваючи його, точного управління газовим потоком, коли трубки повинні бути заповнені газом. Ніякий інший клапан або перетворювач тиску не потрібний.



Мал.9. Газовий балон на 12 л. 

Вимірювальні прилади
Три параметри повинні безперервно перевірятися протягом бомбардування:

Тиск.
Доступні різні типи електронних вакууметрів з різними ступенями точності. Каталоги головних компаній, що продають вакуумне устаткування, дають великий вибір. Що важливо – вакууметр повинен міряти повний абсолютний тиск, з одним і тим же результатом для всіх типів газу. Фактично цей вакууметр буде також використовуватися для вимірювання тиску заповнюючого інертного газу.
Механічні манометри-капсули дуже практичні й надійні, але не дуже точні (погрішність приблизно +/-10%). Всі ці вакууметри, особливо електронні, повинні регулярно настроюватися і обслуговуватися. Неправильне вимірювання заповнюючого тиску завдасть величезної шкоди надійності трубок. Неонова фабрика з неправильним вимірюванням заповнюючого тиску може продукувати погані лампи протягом 6 місяців перш, ніж перші лампи помруть, вказуючи, що щось неправильно. Але на цей час ринок уже отримає значну кількість виробів, які будуть шкодити не тільки репутації неонової фабрики, але також іміджу неонових ламп взагалі. Неправильно заповнена неонова лампа буде працювати тижні або місяці замість десятиріч!
Традиційніші способи управління бомбардингом і тиском заповнення – ртутні вакууметри або U-подібні масляні вакууметри. Велика перевага цих типів вакууметрів полягає в тому, що вони не можуть показувати неправильно! Незручність U-подібного масляного вакууметра в тому, що клапан повинен бути відкритий перед тим, як дати атмосферному тиску ввійти в маніфольд і закритий, як тільки хороший вакуум досягнутий. (В схемі на рис 7, розділяючий клапан S, який не пропускає атмосферний тиск в маніфольд, робить це непотрібним).
В автоматичних насосних системах ці традиційні вакууметри не можуть використовуватися тому, що вони не посилають електричні або цифрові сигнали. Але навіть у цьому випадку вони повинні використовуватися як інструменти для легкого і частого порівняльного контролю електричних вакууметрів.

Струм в трубках
Перевірка струму в трубці протягом процесу бомбардинга дуже важлива, тому що тепло, яке передається скляним стінкам і на електроди залежить не тільки від тиску і типу газів, але також і від протікаючого струму. Стандартний міліамперметр може бути включений послідовно з трубками, але він повинен бути розташований на безпечній віддалі від оператора. Якщо міліамперметр включений в головну стойку поста, то якийсь електричний блок повинен забезпечувати зменшення напруги від вторинної обмотки бомбардера до безпечної низької напруги.

Температура трубок
Лампи повинні досягти протягом бомбардування температури принаймні 220‘С. Щоб перевіряти цей параметр, звичайно використовується термопара. Вона також повинна залишатися на безпечній віддалі від оператора. Недолік такого вимірювача той, що контакт між термопарою і трубкою під час вимірювання поглинає деяку кількість тепла і тим самим трохи знижує температуру, що вимірюється. Величина цього зниження залежить від декількох параметрів і не стабільна. Інфрачервоні термометри є також дуже придатними і можуть робити виміри, не торкаючись скла.
Багато операторів обробляють трубки, не використовуючи ніяких способів перевірки температури скла. Велика помилка думати, що простий клаптик паперу може дати дорогоцінні відомості про температуру: папір починає ставати коричневим при 180‘С, стає чорним біля 220‘С і горить приблизно при 300‘С. Як розрізнити по ньому 220 і 280? Чи дійсно це так само надійно, як дешево, щоб використовувати його?

Інші прилади 

Типовий манометр «Пірані» не може міряти тиск наповнення, оскільки його покази залежать від природи газу. Таким чином, його функція полягає в тому, щоб давати покази, що дозволяють визначати міру герметичності вакуумної системи, включаючи лампи і насоси. Він дозволяє міряти тиск до 0,0001 мбар. 

Вольтметр, міряючи вторинну напругу на лампах, може вказати на склад газів і парів, що проходять через трубку. Наприклад, якщо в трубці присутні сліди ртуті, напруга, необхідна для певної довжини, діаметру, а також тиску в трубці знизиться. 

З'єднання
Використання сучасних вакуумних з'єднань дозволяє створювати системи із зібраних частин. Належним чином розроблений неоновий маніфольд дозволяє легке і швидке розбирання. Це дуже важливо, тому що часта очитка насосної системи є критичною для якості трубок.
В неонових маніфольдах використовуються два типи з'єднань:
- стики стиснення
Вітонове о-кільце розташоване між трубою і втулкою. Накручування втулки на трубу стискає о-кільце на меншу по діаметру трубу. Коли ця менша труба має діаметр більш ніж 7 мм, необхідно передбачити заходи, що заважають зовнішньому тиску заштовхувати цю трубу далі у втулку.
- Гребені
О-кільце стиснуте між двома гребенями. З цим типом з'єднання діаметр труб з обох боків може бути однаковим. Маніфольд, змонтований з гребенями міцніший і точніший. Також його легше демонтувати і змонтувати знову. Гребневі з'єднання відповідають міжнародним стандартам і є більш відповідними для того, щоб з'єднувати манометри і насоси.

Мал.10 і 10а. Скляні й металічні з'єднання. 

Клапани
В схемі вище ми бачимо клапани з різними функціями:
Клапани, позначені В, повинні регулювати тиск бомбардингу і повинні забезпечувати плавне і поступове відкривання, щоб запобігти небажаному всмоктуванню ртуті і частинок люмінофора. Як описано вище, в перших двох схемах ця мета може бути досягнута об'єднаною дією клапанів В і S. Щоб добитися цієї мети, можуть також використовуватися обмеження на трубопровід,.
Клапан напуску повітряного також повинен забезпечити плавне і поступове відкривання.
Клапани Н і F повинні швидко відкриватися і закриватися. Вони також не повинні вводити обмеження у високовакуумний трубопровід, забезпечувати максимальну швидкість відкачування.
Матеріал клапанів може бути металевим або скляним (головним чином боросилікатним).


Мал.11. Скляні клапани. Версія справа показує відкривання як мінімум на той же діаметр трубки. 


Мал.12. Пневматичні активатори. 

Трансформатор бомбардингу
Цей трансформатор повинен забезпечити достатню напруги і сильний струм у довгій трубці, що має небагато mbar повітря. 18 або 20 КВ і 700 mA достатньо, щоб обробити дві трубки по 3 метри кожна з діаметром до 25 мм.
Трансформатор повинен точно калібруватися, щоб регулювати потужність в широкому діапазоні довжин і діаметрів. Доступні багато варіантів – магнітні регулятори, великі варіаки, електронні схеми управління. Останні найбільше підходять для автоматичних систем управління.

Безпека
Висока напруга і струм, забезпечувані трансформатором бомбардингу, надзвичайно небезпечні. Кожна металева частина має бути заземлена. Необхідні засоби, щоб запобігти випадковому контакту з частинами під напругою. Це може бути досягнуто фізичними бар'єрами або бар'єрами з фотодіодами, з автоматичним роз'єднанням напруги трансформатора, коли їхні промені перетнуті.
Ртуть небезпечна і отруйна. Вона нагромаджується і постійно залишається в живому організмі. Добре розроблений маніфольд повинен мати ефективні ртутні пастки, щоб запобігти поширенню цього отруйного матеріалу в маніфольд. Пастки повинні легко очищатися.
Автоматизація вашої вакуумної системи може допомогти Вам переконатися, що трубки робляться правильно не дивлячись на людські помилки.
Відкривання і закривання клапанів, заповнення інертним газом, управління струмом бомбардингу – всі ці задачі можуть бути автоматизовані. 
Проте завжди пам'ятаєте, що виробництво неону залежить від багатьох умов, що безперервно змінюються. Автоматизація ніколи не може замінити найважливіший чинник: оператор з глибоким технічним знанням і хорошою інтуїцією.


Мал.13. Бар'єри безпеки.