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多功能真空校準裝置的校準原理方法

來源:真空技術網(www.sakcw.tw)上海衛星裝備研究所 作者:彭光東

1、真空規校準

  利用靜態穩壓比對法校準低真空規管,原理是通過微調閥向校準室注入一定量的氣體并使壓力穩定,通過被校規測量的數值與標準規測量的數值進行比較,獲得被校規的相關參數。該方法適用于測量范圍在1×10-1 Pa~133kPa 內的規管校準。因為校準壓力較高,為避免校準氣體對超高真空室的極限真空的影響,設計選用穩壓室兼做低真空校準室。作為校準室,需要排除真空室自身放氣的影響,因此低真空校準室工作本底真空度需優于1×10-3 Pa。同時要求該校準室的極限真空優于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果帶來誤差。校準的標準規選用inficonCDG045 系列電容薄膜規,該系列薄膜規具有45℃溫包,溫度恒定,減少周邊環境溫度變化對規測量結果的影響,且該型薄膜規具有對氣體選擇性小、精度高、重復性好等特點。通過配備三只標稱量程分別是1000Torr、10Torr 和0.1Torr (1Torr=133Pa) 等于的電容薄膜規可以很好的覆蓋1×10-1 Pa~133kPa 的校準量程范圍,測量精度也能達到校準要求。

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

2、漏孔校準

  漏孔校準采用四極質譜比對法校準。比對法校準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,一般采用固定流導法作為標準氣體流量獲得的手段,該方法具有結構簡單、操作方便、測量不確定度小、校準精度高等優點。

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

多功能真空校準裝置的校準原理方法

  式中:QL—被較漏孔的漏率,Pa·m3/s;

  IL—被校漏孔微流量對應的離子流,A;

  IS—標準漏孔微流量所對應的離子流,A;

  I0—系統本底離子流,A;

  Q—標準漏孔的漏率,Pa·m3/s。

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