便携式气体微流量计的设计

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

  为了实现在工作现场对氦质谱检漏仪进行全量程漏率示值的校准,设计了一套便携式气体微流量计。该流量计由供气与抽气系统、定容室与压力测量系统、流量测量系统和烘烤系统等四部分组成,采用固定流导法定容法两种模式提供和测量流量。在流量计的设计中,解决了小孔流导的设计和计算、定容室和抽气系统的小型化设计、应用选择性抽气技术延伸流量测量下限等关键技术,同时还采用了分体式结构设计,使流量计具有便于拆卸及携带,操作简单等优点。流量计预计达到的技术指标是,测量范围:(10-4~10-11)Pa·m3/s,标准不确定度小于10%。

  随着科学技术的进步,真空检漏技术在航天、航空、电子、核工业等领域的应用越来越广泛[1] 。在真空检漏中,一般用氦质谱检漏仪对微小漏孔的漏率进行定量测量,而氦质谱检漏仪采用一支标准漏孔对漏率定标。标准漏孔的漏率一般在10-8 Pa·m3/s 量级,而氦质谱检漏仪的测量范围约为10-7 Pa·m3/s~10-12 Pa·m3/s,因此在全量程范围内采用示漏气体电离信号线性外推的方法进行测量。存在的问题是,由于没有对仪器本身进行全量程的校准,当氦质谱检漏仪本身的线性不好时,就会对检漏的准确性,尤其是小漏率的测量产生较大的影响,从而影响产品的检漏质量。另一方面,对体积和质量较大的氦质谱检漏仪,也不易送到实验室进行检定。为了满足氦质谱检漏仪现场全量程范围内漏率值的校准,需要设计一套便携式气体微流量计,采用标准流量与氦质谱检漏仪示值进行比对的方法,实现漏率示值的校准。

  目前,国内外很多研究机构[2~8],如美国国家标准技术研究院(NIST),德国联邦物理技术研究院(PTB),意大利国家计量研究所(IMGC)和韩国标准科学研究院(KRISS),中国计量院(NIM)和国防科技工业真空一级计量站(LIP)等都建立气体微流量计标准,用于真空漏孔和真空计的校准。我们借鉴了大型流量计研究中取得的成功经验和技术,如固定流导法测量技术、NEG 泵选择性抽气技术等,设计了可用于现场校准,易于搬运、操作简单、流量范围宽的便携式气体微流量计。

1、便携式气体微流量计的设计

  便携式气体微流量计由供气与抽气系统、定容室与压力测量系统、流量测量系统、烘烤系统等四部分组成,图1 为便携式气体微流量计原理图。

便携式气体微流量计工作原理图

1.气瓶 2.标准容器 3.NEG泵 4.针阀 5,6,11,15,16,17,20,21,22.阀门 7.机械泵 8.分子泵 9.插板阀 10.定容室 12,14.电容薄膜规 13.冷规 18,19.小孔

图1 便携式气体微流量计工作原理图

3、小结

  便携式气体微流量计的主要设计思想有以下四点:

  ①采用了双小孔、双路流量输出设计,有固定流导法和定容法两种测量模式;

  ②采用了NEG泵选择性抽气技术,延伸了流量测量下限;

  ③对定容室及抽气系统进行了小型化设计,体积小、质量轻;

  ④采用分体式结构,流量计可以拆分,便利于携带。

  流量计预计达到的技术指标是:测量范围(10- 4~10- 11)Pa·m3/s,标准不确定度小于10%。

参考文献
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