真空漏率校准装置的研制和应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国工程物理研究院电子工程研究所 作者:刘兴胜

  真空漏率校准装置可以对(105 ~ 10-4)Pa 范围内的各种真空计和(10-7 ~ 10-9)Pa·m3/s 的真空漏孔进行校准。该装置的特点是结构简单、量程宽、易操作和工作效率高。

  真空计量学主要是随着尖端科学和国防军工的发展,从二十世纪五、六十年代开始逐步发展起来的一门新的独立学科。在真空校准装置方面,经历了开创、成长到发展阶段,当前的一个趋势就是真空标准的实用化、金属化、简便化。作为国防军工二级真空计量站,我们现在每年校准真空计400 余台,真空漏孔几十个。随着科学技术的进步,特别是国防科技的发展,为了提高工作效率,解决越来越多真空计及真空漏孔的校准任务,更准确的为我院科研生产服务,制了一套新的真空漏率校准装置。

  1、装置原理

  该装置采用了动态比对法、静态膨胀法和静态比对法对(105 ~ 10-4)Pa 范围内的各种真空计,采用相对法对(10-7 ~ 10-9)Pa·m3/s 的真空漏孔进行校准,满足了实际工作需要。装置原理图如图1所示。

真空漏率校准装置的研制和应用

图1 装置原理图

  比对法校准真空计:通过微调阀注入所需校准气体,当校准容器中所需真空度稳定后,用主标准器和被校真空计同时测量校准容器或真空系统中的同一真空度值,将测得真空度值直接进行比较。

  膨胀法校准真空计:膨胀法是把低真空室当作取样室,把高真空室当作膨胀室。它是将已知真空度的取样气体充入到小体积中,然后等温膨胀到已知的大体积中,根据玻义耳定律算出标准真空度值,再与被校真空计进行比较。

  漏孔校准:将被校真空漏孔直接与已知漏孔的参考漏孔进行相对校准,根据已知参考漏孔漏率计算出被校漏孔漏率。

  2、装置设计技术方案

  装置优异的性能主要取决于合理的设计和选用精度高、性能可靠的主标准器。整套装置由校准室、主标准器、抽气系统和电控系统四部分组成,采用全金属超高真空结构设计。为了加速校准室容器表面的出气,获得良好的极限真空,在高真空校准室上缠绕烘烤带进行烘烤出气。

  校准室突破了通常只有一个校准室的传统,采用了一种新的设计方法,由高真空室和低真空室两个不锈钢球形结构组成。每个球的内径350 mm,壁厚3 mm,球体内外表面做电解抛光处理。双球与单球结构相比,其优点是既可单独进行高真空计或低真空计的校准,又可同时进行高低真空计的校准,提高了工作效率和减少因进行低真空校准对以后进行高真空校准的影响。此外,又利用双球结构,增加了静态膨胀法的校准,可自身对装置上的高低标准真空计进行校准。

  真空本身误差就很大,为了使校准结果更加准确,主标准器全部采用进口标准。其中,低真空标准选用美国MKS 公司最精密级690A 型电容薄膜规,由量程133.3 kPa 和133.3 Pa 这两个规组成装置的低真空标准器。高真空标准选用美国GP 公司的370 型电离规。四极质谱计选用德国INFICON 公司的Transpector 2 质谱计。

  真空抽气系统由分子泵机械泵闸板阀和挡油阱组成。其中,分子泵选用北京中科科仪公司FF-160/620C 型分子泵。机械泵选用宁波爱科发公司GLD-N201 机械泵。闸板阀选用美国VAT公司的DN160CF 型闸板阀。

  电控系统采用电脑采集和处理校准数据,电控系统内安装铭牌、系统控制面板、标准电容薄膜真空计、标准电离真空计、复合真空计、分子泵控制器和电器控制等电源。系统控制面板上有装置系统图,并显示阀门开闭情况。设备工作情况有指示灯显示。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为合理的设计技术方案,高规格的配置,提高了我院的科研生产能力。

  5、结论

  该装置具有结构简单、量程宽、易操作和工作效率高等特点。经过性能测试, 可以对(105 ~ 10-4)Pa 范围内的各种真空计及(10-7 ~ 10-9)Pa·m3/s 的真空漏孔进行校准。如今已建标完成,正式投入使用一年多,使用状况良好,对我院的科研生产具有重要的保障作用。

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