正压漏孔校准技术的发展概况

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州物理研究所 作者:冯焱

  介绍了国内外正压漏孔校准技术的研究概况,对校准装置的原理和组成进行了详细说明,对采用的校准方法进行了分析和讨论。以此为基础,归纳总结了正压漏孔校准技术中所涉及的关键技术,分析了技术发展的总体趋势,并对我国正压漏孔校准技术的研究工作提出了建议。

  正压检漏是检漏技术的一个重要研究方向,已经在载人飞船、运载火箭、卫星等为代表的型号研制任务中发挥了重要作用,同时也在制冷、机械、汽车等民用领域被广泛地采用。正压漏孔是正压检漏时的漏率标准,其校准的准确性直接关系到正压检漏的质量,因此得到了广泛的关注。

  正压检漏技术与真空检漏技术相比,具有被检件不用抽真空、工作状态和检漏状态可保持一致等优点,同时也带来了新的问题。第一,在正压检漏中, 被检容器内压力在1×105 Pa 以上,容器内气体分子多, 压力受温度影响大。压力的变化不仅要考虑通过漏孔的质量泄漏, 更要考虑与环境的热能交换。换言之,就是正压检漏及正压漏孔校准受温度的影响较为严重。而真空检漏压力一般在1 Pa 及以下,受温度影响小;第二,正压检漏往往需要在不同的压力条件下进行,所以也必须对正压漏孔在该条件下进行校准。而真空漏孔一般的校准条件是进口压力为一个大气压,出口压力为真空,状态较为简单;第三,和真空检漏一般使用氦气不同,正压检漏往往可以使用氦气、空气、氮气等气体,所以需要用不同气体对正压漏孔进行校准。正是由于以上原因,对正压漏孔的校准技术提出了新的、更高的要求,需要进一步开展研究工作,提出测量范围宽,不确定度小的正压漏孔校准方法,研制校准装置。同时,真空漏孔和正压漏孔的校准是不同压力条件下的漏率校准,所以真空漏孔的校准技术也很值得借鉴。

  本文介绍了国内外有关正压漏孔校准技术的研究现状,对各种校准装置和校准方法进行了比较和讨论,对关键技术进行了说明,对今后的研究工作提出了自己的看法,希望对我国的正压漏孔校准及正压检漏工作能有所帮助。

1、国外研究状况

  介绍了德国物理技术研究院(PTB)、瑞士BALZERS 公司、美国材料与测试学会(ASTM)和欧洲标准化委员会(ECS)等国外正压漏孔校准技术的研究概况。

  http://www.chvacuum.com/leakhunting/032890.html

2、国内技术状态

  介绍了中国计量院(NIM)、上海计量测试技术研究所、清华大学、航天科技集团一院兰州物理研究所(LIP)等国内正压漏孔校准技术的研究概况。

  http://www.chvacuum.com/leakhunting/032891.html

3、分析和讨论

  从国内外的研究现状可以看到,用恒压法校准正压漏孔是各国计量机构主要研究的方向,恒压法与定容法相比,具有更低的测量下限和更小的测量不确定度,这正是研制计量标准所追求的最终目的。另外,校准装置的自动化水平越来越高,可以在校准过程中实现计算机控制并得到最终的测量结果,提高了工作效率,减少由人为操作带来的不确定性影响。在恒压法校准装置的研究中,普遍采用差压式电容薄膜规测量压力变化,用活塞在变容室中平动来保持压力恒定,并采取恒温措施以保证校准装置的温度稳定。恒压法的关键技术是,第一,设计大小适合的变容室容积,一般要小于10 mL,最好能在7 mL 左右,这是提高流量测量下限、降低气体累计时间的前提;第二,应使用直径小的细活塞,并保证活塞与校准系统的动密封连接不漏气。一般活塞直径应小于1 mm,理想的直径是0.8 mm。同时,活塞的最小运动速度应小于1×10- 5 m/s,以实现微小的容积变化。这样可以将测量下限延伸到5×10- 7 Pa·m3/s 及以下,并大大缩短测量时间;第三,实现良好的恒温,减小温度变化引入的测量误差。目前商品化的正压漏孔的漏率基本在10- 7 Pa·m 3/s 量级,采用恒压法是较为适合的方法,这种方法兼顾了测量精度和工作效率,可以作为主要的研究方向。

  对于进一步延伸正压漏孔的测量下限而言,动态比较法具有较大的潜力,但需要进一步研究四极质谱计的灵敏度、稳定性和非线性等问题。定容法具有装置结构简单,成本低的优点,可以在测量较大漏率的正压漏孔时发挥作用。另外,对于不同状态下的正压漏孔漏率的校准也受到了关注。如在不同的进、出口压力条件下,不同的实验气体下,正压漏孔的漏率都会发生变化。如何找到一种实用的修正技术,满足实际工作中的使用要求,同时降低校准的工作量,这是一个重要的研究和发展方向。

  真空标准的国际比对是真空计量发展的一个重要阶段,目前已经在全压力、真空漏率等方面开展了工作,并且已经取得了很多研究成果。对于正压漏孔校准技术而言,也需要采用不同方法、标准对传递标准漏孔进行漏率的比对,实现国内、国际的技术交流和量值比较,不断提高正压漏孔的校准水平。

4、结论

  正压漏孔的校准水平直接影响正压检漏的质量, 得到了广泛重视, 以德国PTB、瑞士Balzers、中国计量院、兰州物理研究所等为代表的国内外研究机构均建立了正压漏孔校准装置。目前主要采用的校准方法有恒压法、定容法和动态比较法等三种方法,可以覆盖(10-3~10- 7 )Pa·m3/s范围内正压漏孔漏率的校准。其中恒压法具有测量下限低,测量效率高,测量不确定度小等优点,是世界各国主要研究的方向。在今后的研究工作中,面临的主要问题是如何进一步将测量下限延伸至10-8 Pa·m3/s 量级,目前来看,这个问题的解决还有赖于新方法和新技术的提出。建议我国积极和国外研究机构开展正压漏孔漏率的比对工作,充分的进行技术交流,相互借鉴研究经验,实现正压漏孔校准技术的较快发展。

全文下载:

  正压漏孔校准技术的发展概况

  http://bbs.chvacuum.com/thread-83-1-1.html

  正压漏孔校准技术的发展概况为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/leakhunting/032892.html

  与 真空检漏 正压漏孔 校准技术 相关的文章请阅读:

  真空检漏http://www.chvacuum.com/leakhunting/