ISO 5302:2003

NORME ISO
INTERNATIONALE 5302
Première édition
2003-07-15

Technique du vide — Pompes
turbomoléculaires — Mesurage des
caractéristiques fonctionnelles
Vacuum technology — Turbomolecular pumps — Measurement of
performance characteristics




Numéro de référence
ISO 5302:2003(F)
©
ISO 2003

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ISO 5302:2003(F)
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et termes abrégés . 3
5 Appareils pour le mesurage du débit-volume (vitesse de pompage). 4
−−−−4 −−−−6
5.1 Dôme d'essai pour la méthode de débit: pression à l'aspiration >>>> 10 Pa (10 mbar). 4
5.2 Dôme d'essai pour la méthode par conductance standard: pressions à
−−−−4 −−−−6
l'aspiration <<<< 10 Pa (10 mbar) . 4
5.3 Manomètres . 5
6 Procédures et méthodes d'essai . 5
6.1 Principe . 5
6.2 Mesure des pressions partielles . 5
6.3 Dimension de la pompe primaire . 6
6.4 Débit-volume (vitesse de pompage) . 6
6.5 Méthodes de mesurage du débit-volume (vitesse de pompage) . 6
6.6 Procédure d'essai . 7
6.7 Débit maximum . 10
6.8 Pression critique de refoulement . 10
6.9 Pression minimale de fonctionnement.11
6.10 Taux de compression . 12
6.11 Vibrations. 13
7 Rapport d'essai: paramètres supplémentaires. 13
Annex A (informative) Relation entre les Équations (1) et (2). 15

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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 5302 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 112, Technique du vide, sous-comité SC 3, Pompe
à vide — Caractéristiques.

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NORME INTERNATIONALE ISO 5302:2003(F)

Technique du vide — Pompes turbomoléculaires — Mesurage
des caractéristiques fonctionnelles
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie des méthodes pour le mesurage des caractéristiques fonctionnelles
des pompes turbomoléculaires. Elle est applicable à toutes les dimensions et tous les types de pompes
turbomoléculaires
a) avec paliers mécaniques ou magnétiques, et
b) avec ou sans étage supplémentaire à entraînement mécanique.
NOTE Étant donné que les pompes turbomoléculaires sont accouplées à des pompes primaires, leurs
caractéristiques ne peuvent pas être complètement définies sans posséder, en plus de la courbe de débit-volume en
fonction de la pression d'aspiration, les données suivantes:
 la courbe de débit d'aspiration,
 la courbe de rapport de compression, et
 la courbe de variation de la pression d'entrée,
sur toute la plage concernée et pour divers gaz.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 3529-2, Technique du vide — Vocabulaire — Partie 2: Pompes à vide et termes associés
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 3529-2 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
pression de refoulement critique
p
c
valeur maximale de la pression de refoulement p pour laquelle la pompe conserve un taux de compression
2
p /p W 2 avec le débit de gaz de purge ouvert
2 1
NOTE p est la (haute) pression sous vide à l'entrée.
1
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3.2
débit d'aspiration maximum
Q
max
débit d'aspiration maximum, en pascal litre par seconde (Pa⋅l/s) [millibar litre par seconde (mbar⋅l/s)], qui peut
être pompé en continu sans endommager ni détruire la pompe
NOTE Le facteur limitatif dépend de la conception de la pompe. Dans la plupart des cas il correspondra à une
température maximale à un emplacement donné dans la pompe. La valeur de Q dépend du gaz pompé, de la pompe
max
primaire utilisée, des conditions de refroidissement, etc.
3.3
débit-volume
q
V
dans des conditions idéales, le débit volume est le volume de gaz s'écoulant par unité de temps depuis le
dôme d'essai à travers l'entrée de la pompe
NOTE 1 Toutefois, pour des considérations pratiques, le débit-volume d'une pompe donnée et pour un gaz donné est,
par convention, considéré comme le quotient du débit de ce gaz par la pression d'équilibre en un point déterminé. Les
3
unités adoptées pour le débit-volume sont le mètre cube par heure (m /h) ou le litre par seconde (l/s).
NOTE 2 Le terme «vitesse de pompage» et le symbole «S» sont quelquefois utilisés à la place de «débit-volume».
3.4
pression limite
valeur vers laquelle tend asymptotiquement la pression dans le dôme d'essai
NOTE 1 C'est la pression la plus basse que l'on peut obtenir avec la pompe.
NOTE 2 Il est recommandé de ne pas donner les valeurs de pression limite dans les spécifications du fabricant. En
conséquence, il n'est pas donné dans ce document de procédure pour mesurer la pression limite. Toutefois, si le fabricant
indique une pression limite, il convient que les conditions opératoires dans lesquelles le mesurage est réalisé soient
indiquées.
3.5
pression minimale de fonctionnement
p
0
pression obtenue dans le dôme 48 h après la procédure d'étuvage
3.6
taux de compression
K
eff
rapport de la pression de refoulement p par la pression à l'aspiration p d'une pompe turbomoléculaire
2 1
K = p /p
eff 2 1
NOTE Pour obtenir le taux de compression à débit zéro, K , pour un gaz donné, il convient que la pression partielle
0
de ce gaz dans le conduit de refoulement soit d'au moins 90 % de p .
2
3.7
pression maximale de travail
p
1max
pression la plus élevée du côté de l'aspiration que la pompe turbomoléculaire et le dispositif d'entraînement
peuvent supporter sans être endommagé
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4 Symboles et termes abrégés
Symbole Désignation Unité
3 3
C conductance m /s (= 10 l/s)
d diamètre de l'orifice m
D diamètre nominal du dôme d'essai m
K taux de compression d'une pompe à vide —
eff
K , K valeurs spéciales du taux de compression —
eff, a eff, b
K taux de compression à débit nul —
0
L épaisseur de la paroi d'orifice m
M masse moléculaire d'un gaz kg/mol
p pression minimale de fonctionnement à l'aspiration Pa (ou mbar)
0
p pression sous vide (haute) à l'aspiration Pa (ou mbar)
1
p pression maximale de travail à l'aspiration Pa (ou mbar)
1max
p pression sous vide au refoulement Pa (ou mbar)
2
p , p valeurs spéciales de la pression Pa (ou mbar)
a b
p pression critique de refoulement Pa (ou mbar)
c
Q débit de la pompe à vide Pa⋅l/s (ou mbar⋅l/s)
Q débit de fuite Pa⋅l/s (ou mbar⋅l/s)
0
Q débit d'essai Pa⋅l/s (ou mbar⋅l/s)
T
Q débit maximum Pa⋅l/s (ou mbar⋅l/s)
max
Q , Q valeurs spéciales de débit Pa⋅l/s (ou mbar⋅l/s)
1 2
R constante des gaz parfaits N⋅m/mol⋅K
q débit-volume l/s
V
q débit-volume à K = 1 l/s
V0 eff
q débit-volume au refoulement de la pompe primaire l/s
VB
q débit-volume maximal attendu (voir 6.3) l/s
Vx
T température absolue K
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5 Appareils pour le mesurage du débit-volume (vitesse de pompage)
−−−−4 −−−−6
5.1 Dôme d'essai pour la méthode de débit: pressions à l'aspiration >>>> 10 Pa (10 mbar)
Pour le mesurage, il faut utiliser un dôme d'essai conforme à la Figure 1, dont le diamètre nominal D est le
même que celui de l'entrée de la pompe. La surface du dôme opposée à la bride d'aspiration peut être plate,
conique ou légèrement incurvée avec la même hauteur moyenne au-dessus du plan de la bride que la surface
plane. Le dôme d'essai doit être équipé avec un dispositif d'étuvage assurant que le dôme est chauffé
uniformément pour obtenir la pression minimale de fonctionnement.
Pour les pompes ayant un diamètre de bride à l'aspiration inférieur au diamètre nominal DN 100, le diamètre
du dôme doit être DN 100. La transition vers la bride d'aspiration de la pompe doit se faire à l'aide d'un
adaptateur conique à 45°, aussi court que possible, conformément à la Figure 1.
Dimensions en millimètres

Légende
1 aspiration du gaz
2 raccord pour le manomètre à vide
Figure 1 — Dôme d'essai pour la méthode de débit
5.2 Dôme d'essai pour la méthode par conductance standard:
−−−−4 −−−−6
pressions à l'aspiration <<<< 10 Pa (10 mbar)
Le dôme d'essai doit être cylindrique et conforme à la Figure 2. Le dôme d'essai doit être équipé avec un
dispositif d'étuvage assurant que le dôme est chauffé uniformément pour obtenir la pression minimale de
fonctionnement.
Il faut choisir le diamètre de l'orifice de la paroi mince en fonction du débit-volume attendu et qu'il soit tel que
le rapport des pressions mesurées p et p est compris entre 3 et 50. Il faut prendre des dispositions pour
a b
s'assurer qu'à la pression d'aspiration p , le libre parcours moyen des molécules de gaz n'est pas plus petit
1
que le diamètre d de l'orifice.
Pour les pompes ayant un diamètre de bride à l'aspiration inférieur au diamètre nominal DN 100, le diamètre
du dôme doit être DN 100. La transition vers la bride d'aspiration de la pompe doit se faire à l'aide d'un
adaptateur conique à 45°, aussi court que possible, conformément à la Figure 1.
Pour les pompes ayant un diamètre de bride à l'aspiration supérieur à DN 100, il faut que le diamètre nominal
D du dôme soit égal au diamètre réel de la bride d'aspiration.
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Figure 2 — Dôme d'essai pour la méthode par conductance standard
5.3 Manomètres
Il faut que les mesurages de la pression totale soient réalisés en utilisant des manomètres étalonnés avec
−4 −6
une précision de 5 % pour des pressions supérieures à 10 Pa (10 mbar) ou de 10 % pour des pressions
inférieures à cette valeur.
Après réalisation des essais, il convient que l'étalonnage du (des) manomètre(s) à vide soit vérifié, par
exemple sur place avec un manomètre étalon.
Avec le dôme d'essai (5.2), on peut s'assurer de l'acceptabilité du manomètre en fixant en B une canalisation
d'admission des gaz dirigée vers l'orifice de la pompe dans la partie inférieure du dôme (Figure 2). Il faut que
la vanne de réglage pour l'admission du gaz dans cette ligne de canalisation soit ouverte afin d'obtenir
approximativement la pression désirée. Après stabilisation, il faut que les manomètres aux points p et p
a b
donnent les mêmes indications. Dans le cas contraire, la correction requise peut être déduite de ces résultats.
6 Procédures et méthodes d'essai
6.1 Principe
Les mesurages sont réalisés avec du gaz pour essais de pureté 99,9 % (en masse): azote, hydrogène, hélium
et argon.
6.2 Mesure des pressions partielles
Pour la mesure de la pression de refoulement, on peut utiliser un manomètre complété par un piège. Pour la
mesure de la pression à l'aspiration un analyseur de gaz à pression partielle complété par un manomètre à
pression totale peuvent être employés.
Il faut que les analyseurs de gaz à pression partielle utilisés à l'aspiration de la pompe aient un pouvoir de
séparation suffisant dans une plage de masses de 1 à 100.
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6.3 Dimension de la pompe primaire
Le débit-volume effectif, q , d'une pompe turbomoléculaire dépend du débit-volume q à une différence de
V V0,
pression nulle (p = p ) du taux de compression K à débit zéro (Q = 0) et du débit-volume q de la pompe
1 2 0 VB
primaire selon la relation
Kq− q
0BVV
qq= (1)
VV 0
K −1
0

qui peut être résolue pour donner
q
V 0
(2)
q =
V
11−+/Kq /K⋅q
()
00VV0 B
Voir l'Annexe A pour la relation entre ces équations.
Pour les petites valeurs de K (par exemple hydrogène: K ≈ 1 000) le débit-volume d'une pompe
0 0
turbomoléculaire est influencé par la taille de la pompe primaire. Cette influence peut être considérée comme
minime si la pompe primaire est utilisée avec un débit-volume q déduit de
VB

q q
V x V x
< 0,05 K ou q > 20 (3)

0 VB
q K
VB 0
pour l'ensemble de la plage de pression, où q est le débit-volume maximum attendu de la pompe
Vx
turbomoléculaire.
À partir de l'Équation (3), le choix d'une pompe primaire appropriée peut être fait pour un gaz avec une valeur
connue de K issue des spécifications de la pompe turbomoléculaire.
0
6.4 Débit-volume (vitesse de pompage)
Dans des conditions idéales, le débit-volume est le volume de gaz qui s'écoule du dôme d'essai dans
l'aspiration de la pompe par unité de temps. Toutefois, pour des raisons pratiques, le débit-volume d'une
pompe donnée et pour un gaz donné est pris conventionnellement comme égal au rapport du débit de ce gaz
et de la pression d'équilibre en un point donné.
3
Les unités adoptées pour le débit-volume q sont le mètre cube par heure (m /h) ou le litre par seconde (l/s).
V
6.5 Méthodes de mesurage du débit-volume (vitesse de pompage)
−−−−4 −−−−6
6.5.1 Méthode pour des pressions à l'aspiration >>>> 10 Pa (10 mbar): méthode du débit
La méthode adoptée pour le mesurage du débit-volume q est la méthode à pression constante pour laquelle
V
le débit de gaz, Q, est mesuré à l'extérieur du dôme. Si la pression p dans le dôme d'essai, qui est mesurée
1
avec un manomètre à vide dans une zone déterminée (Figure 1), est maintenue constante, le débit-volume q
V
est obtenu par la relation
Q
q = (4)
V
p − p
10
où p est la pression minimale de fonctionnement dans le dôme d'essai (voir 6.9).
0
Cette limite de pression peut être modifiée vers des pressions plus basses, si la précision du débitmètre est
appropriée.
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−−−−4 −−−−6
6.5.2 Méthode pour des pressions à l'aspiration <<<< 10 Pa (10 mbar): méthode par conductance
standard
La méthode adoptée pour le mesurage du débit-volume q est la méthode à pression constante connue sous
V
le nom de «méthode par conductance
...