國(guó)內(nèi)對(duì)氣體微流量計(jì)的研究方面開(kāi)始于上世紀(jì)九十年代，經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，已相繼研制了三代恒壓式氣體微流量計(jì)和定容式流量計(jì)。最具有代表性的實(shí)驗(yàn)室有中國(guó)計(jì)量院(NIM)和國(guó)防科技工業(yè)真空一級(jí)計(jì)量站(LIP)。

1、中國(guó)計(jì)量院(NIM)

　　中國(guó)計(jì)量院研制的漏率標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)采用了定容式流量計(jì)，如圖1 所示。定容式流量計(jì)采用兩個(gè)定容室，容積分別為70.53 ml 和623.91 ml，測(cè)量較小流量時(shí)使用小容積，測(cè)量較大流量時(shí)使用大容積，通過(guò)測(cè)量定容室中的壓力隨時(shí)間下降的速率而獲得流量，其測(cè)量范圍為1×10^{- 6}～2×10^{- 4} Pa·m³/s。為擴(kuò)展測(cè)量下限，采用分流法，其分流比為5×10^{- 3}。分流后的測(cè)量范圍為5×10^{- 9}～1×10^{- 6} Pa·m³/s，相應(yīng)不確定度為9%～1%。由于流量計(jì)為定容式流量計(jì)，所得流量值是平均流量，使流量很難調(diào)到與被校漏孔的漏率值相等，這就要求四極質(zhì)譜計(jì)不但要有高穩(wěn)定度，還要求有好的線性。

圖1 漏率標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)原理圖

2、國(guó)防科技工業(yè)真空一級(jí)計(jì)量站(LIP)

　　國(guó)防科技工業(yè)真空一級(jí)計(jì)量站已研制了兩代活塞式液壓驅(qū)動(dòng)波紋管結(jié)構(gòu)的恒壓式流量計(jì)，1994 年研制的第一代活塞式液壓驅(qū)動(dòng)波紋管恒壓流量計(jì)，如圖2 所示。該流量計(jì)有兩套壓力補(bǔ)償系統(tǒng)， 活塞的直徑分別為Φ10 mm 和Φ25 mm；采用了精密導(dǎo)軌平動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證了壓力補(bǔ)償效果；在活塞位移測(cè)量中，采用了精密光柵測(cè)長(zhǎng)技術(shù)；流量測(cè)量過(guò)程實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制和校準(zhǔn)過(guò)程的部分自動(dòng)化管理；測(cè)量與控制系統(tǒng)將差壓值控制在小于變?nèi)菔覊毫χ档?.01%；采用直接測(cè)量法和比對(duì)法對(duì)氣體微流量進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)范圍為(1×10^{- 2}～1×10^{- 8}) Pa·m³/s，不確定度小于2%。

圖2 真空一級(jí)計(jì)量站第一代恒壓式流量計(jì)示意圖

　　2003 年研制的第二代活塞式液壓驅(qū)動(dòng)波紋管恒壓流量計(jì)，如圖3 所示，采用一套壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，可用數(shù)字PID 或壓力波動(dòng)恒壓控制模式測(cè)量流量。漏放氣率為6.0×10^{- 11} Pa·m³/s，滿足了流量測(cè)量下限的要求�；钊�運(yùn)動(dòng)速度的平穩(wěn)性非常好，速度波動(dòng)在0.03%以下。采用恒壓法和固定流導(dǎo)法測(cè)量流量，測(cè)量范圍是（2.96×10^{- 9}～4.76×10^{- 4}）Pa·m³/s，不確定度1%～4%。采用該流量計(jì)校準(zhǔn)真空漏孔校準(zhǔn)，其結(jié)果與德國(guó)PTB 校準(zhǔn)結(jié)果的一致性好于1.3%。

圖3 真空一級(jí)計(jì)量站第二代恒壓式流量計(jì)示意圖

　　目前，根據(jù)實(shí)際中所需的流量要求，在參考國(guó)內(nèi)外流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，正在研制第三代恒壓式流量計(jì)，其原理圖如圖4。該流量計(jì)的主體結(jié)構(gòu)部分選擇了全金屬波紋管密封結(jié)構(gòu)，避免了液壓油引起的誤差；變?nèi)菔也捎靡簤撼尚筒�紋管形式，可以進(jìn)行整體烘烤，有利于減小內(nèi)表面的放氣率，以降低流量的測(cè)量下限�？梢圆捎煤銐菏�、定容式及固定流導(dǎo)式三種工作模式，測(cè)量范圍為（10^{- 3}～10^{- 11}）Pa·m³/s。該流量計(jì)研制工作正在進(jìn)行之中。

圖4 真空一級(jí)計(jì)量站第三代恒壓式流量計(jì)示意圖

　　此外，2003 年還研制了一臺(tái)定容式流導(dǎo)法氣體微流量校準(zhǔn)裝置，如圖5 所示。該校準(zhǔn)裝置采用直接測(cè)量法和固定流導(dǎo)法對(duì)真空漏孔進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量范圍為（5×10^{- 2}～5×10^{- 11}）Pa·m³/s。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.56%～1.7%。定容式流量計(jì)有兩種工作模式，測(cè)量流入定容室的氣體流量，稱(chēng)為流量流入法；氣體流量從定容室中流出，向外提供標(biāo)準(zhǔn)流量，稱(chēng)為流量流出法；校準(zhǔn)過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)采集和處理數(shù)據(jù)；采取絕熱恒溫的方法，有效地減小了溫度波動(dòng)引起的虛流量，提高了流量的測(cè)量精度；采用了分壓力的測(cè)量技術(shù)，避免了流量比較系統(tǒng)的極限真空度的限制，延伸了流量的校準(zhǔn)下限；在固定流導(dǎo)法中，解決了小孔制作和固定流導(dǎo)的精確測(cè)量問(wèn)題，可提供與真空漏孔基本相同的流量進(jìn)行比較，用四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)量示漏氣體，利用了四極質(zhì)譜計(jì)的短期穩(wěn)定性，避免了四極質(zhì)譜計(jì)線性引起的測(cè)量不確定度，提高了流量的測(cè)量精度。

圖5 真空一級(jí)計(jì)量站定容式流導(dǎo)法氣體微流量校準(zhǔn)裝置示意圖

　　為了驗(yàn)證定容式流導(dǎo)法微流量校準(zhǔn)裝置的性能，采用該定容式流量計(jì)與第二代恒壓式流量計(jì)同時(shí)校準(zhǔn)一支滲氦型真空漏孔，校準(zhǔn)結(jié)果的偏差為0.89%，由此證明兩種不同工作原理的流量計(jì)具有很好的一致性。