多功能真空校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)原理方法

2017-06-12 彭光東 上海衛(wèi)星裝備研究所

1、真空規(guī)校準(zhǔn)

  利用靜態(tài)穩(wěn)壓比對法校準(zhǔn)低真空規(guī)管,原理是通過微調(diào)閥向校準(zhǔn)室注入一定量的氣體并使壓力穩(wěn)定,通過被校規(guī)測量的數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)測量的數(shù)值進行比較,獲得被校規(guī)的相關(guān)參數(shù)。該方法適用于測量范圍在1×10-1 Pa~133kPa 內(nèi)的規(guī)管校準(zhǔn)。因為校準(zhǔn)壓力較高,為避免校準(zhǔn)氣體對超高真空室的極限真空的影響,設(shè)計選用穩(wěn)壓室兼做低真空校準(zhǔn)室。作為校準(zhǔn)室,需要排除真空室自身放氣的影響,因此低真空校準(zhǔn)室工作本底真空度需優(yōu)于1×10-3 Pa。同時要求該校準(zhǔn)室的極限真空優(yōu)于1×10-4 Pa 來保證真空室自身的低泄漏率,避免泄漏的因素對測量結(jié)果帶來誤差。校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)選用inficonCDG045 系列電容薄膜規(guī),該系列薄膜規(guī)具有45℃溫包,溫度恒定,減少周邊環(huán)境溫度變化對規(guī)測量結(jié)果的影響,且該型薄膜規(guī)具有對氣體選擇性小、精度高、重復(fù)性好等特點。通過配備三只標(biāo)稱量程分別是1000Torr、10Torr 和0.1Torr (1Torr=133Pa) 等于的電容薄膜規(guī)可以很好的覆蓋1×10-1 Pa~133kPa 的校準(zhǔn)量程范圍,測量精度也能達到校準(zhǔn)要求。

  利用動態(tài)比對法校準(zhǔn)高真空規(guī)管,方法為利用穩(wěn)壓室建立氣體的穩(wěn)壓源,通過高精度的微調(diào)閥將氣體不斷地注入校準(zhǔn)室,同時保持分子泵機組對真空校準(zhǔn)室的抽氣,并通過微調(diào)閥調(diào)節(jié)氣體的流量,使校準(zhǔn)室真空度維持在校準(zhǔn)的真空度范圍內(nèi)。為了保證校準(zhǔn)室氣流的穩(wěn)定,校準(zhǔn)室入口設(shè)計有散流板進行散流,雙球室之間通過小孔板穩(wěn)定氣體氣流。該方法適用于1×10-1 Pa~1.0×10-4 Pa 范圍的規(guī)管校準(zhǔn)。一般要求校準(zhǔn)室的工作本底真空度優(yōu)于1×10-6 Pa。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)采用布魯克斯的GP370 真空規(guī),同時通過四極質(zhì)譜計獲得的離子流的參數(shù),換算出相應(yīng)的分壓力值。微調(diào)閥采用安捷倫的面密封閥。

2、漏孔校準(zhǔn)

  漏孔校準(zhǔn)采用四極質(zhì)譜比對法校準(zhǔn)。比對法校準(zhǔn)較小漏率真空漏孔時,為了得到與被校漏孔相同或相近的氣體流量,一般采用固定流導(dǎo)法作為標(biāo)準(zhǔn)氣體流量獲得的手段,該方法具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量不確定度小、校準(zhǔn)精度高等優(yōu)點。

  原理為利用已知流量的標(biāo)準(zhǔn)漏孔,通過穩(wěn)壓室壓力的調(diào)節(jié),向雙球校準(zhǔn)室注入穩(wěn)定流量的氣體,并利用分子泵機組對真空校準(zhǔn)室持續(xù)抽氣,并通過微調(diào)閥調(diào)節(jié)氣體的流量,使校準(zhǔn)室壓力維持在合適的校準(zhǔn)壓力范圍內(nèi),為校準(zhǔn)室建立起漏孔氣體的動態(tài)平衡。首先利用四極質(zhì)譜計獲得標(biāo)準(zhǔn)漏孔的離子流參數(shù),再切換到被較漏孔,獲得被較漏孔狀態(tài)下的四極質(zhì)譜計離子流。通過公式(1)計算得出被較漏孔漏率數(shù)值。

多功能真空校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)原理方法

  式中:QL—被較漏孔的漏率,Pa·m3/s;

  IL—被校漏孔微流量對應(yīng)的離子流,A;

  IS—標(biāo)準(zhǔn)漏孔微流量所對應(yīng)的離子流,A;

  I0—系統(tǒng)本底離子流,A;

  Q—標(biāo)準(zhǔn)漏孔的漏率,Pa·m3/s。