定容式流导法微流量校准装置(1)

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

  在航天工程中要对卫星、火箭、飞船、地面设备等有密封要求的整体、分系统、零部件的泄漏状况进行检测,以保证其密封性能。

  空间环模设备、高能加速器、核辐射物理实验装置、等离子体物理实验装置、受控热核反应装置需要进行检漏,如漏率超过允许范围,则无法正常工作。

  在民用工业中,如电子工业中的半导体元件、集成电路,计算机芯片的生产工艺中,要对生产设备进行检漏,以保证在真空条件下完成某些工艺过程。

  检漏不仅要知道漏孔的位置,而且还要知道漏率的大小,采用真空漏孔标定检漏仪,需要研制气体微流量校准装置[1~9],对真空漏孔进行校准[10~16],以满足对微小流量的校准需求。

  为了解决微小流量的测量问题,研制了定容式流导法微流量校准装置,在定容式流量计中采用多个定容室容积,压力测量用电容薄膜规和磁悬浮转子规,不仅拓宽了测量范围,而且延伸了测量下限,可用于微小流量的测量。

1、校准装置

1.1、校准装置的组成

  图1是定容式气体微流量校准装置,由定容式流量计、流量比较系统、真空抽气系统、测量与控制系统四部分组成。

  定容式流量计由定容室、截止阀、针阀、电容薄膜规、磁悬浮转子规、抽气机组、供气系统等组成。流量比校系统由上球室、下球室、小孔板、四极质谱计、磁悬浮转子规、冷规等组成。

  定容式流量计和流导法用于产生(或测量)标准流量,可采用流量流入法、流量流出法和流量比较法对气体微流量进行校准,如图2所示。

1.2、流量比较系统

  流量比较系统采用了双球形结构,球的直径为φ350mm,可承受250℃的高温烘烤,极限真空度为5× 10-8pa。在上球室与下球室之间有一个小孔板,小孔的直径约11mm,对氮气的流导约10L/s。上球室用于气体流量的比较测量,也称为流量比较室。在上球室接有真空规、四极质谱计、磁悬浮转子规等,在下球室接有磁悬浮转子规,真空系统压力监测规等,也称为抽气室。

  流量比较法将待校流量和标准流量分别从上球室的顶部引入,通过一散流板使气体分子散射后进入上球室中,通过小孔进入下球室被分子泵抽出,在上球室中产生的动态平衡压力,可用真空规或四极质谱计测量,然后计算出待校流量。

1.3、真空抽气系统

  真空抽气系统由主抽分子泵,辅抽分子泵,溅射离子泵、干泵、阀门等组成,按无油超高真空抽气系统设计。

  在抽气系统的设计中,为了获得较高的真空度,采用双级分子泵串联抽气,可在上球室中获得10-8pa极限真空度。

  定容式流量计的真空抽气系统采用FB110分子泵作为主抽泵,日本真空株式会社生产的135L/min机械泵作为前级泵,用于定容室的抽气,可获得小于10-5pa的极限真空度。

  定容室与配气系统相连接,可在定容室中充入所要求的压力,向外提供标准流量。

1.4 、测量与控制系统

  根据定容式流量计和流导法的工作要求,测量与控制系统具有如下的功能。

  (1)按所需测量范围选定工作后,测控过程实现了自动测量,自动存贮和处理测量数据,并给出测量结果。

  (2)采用页标签技术,简单明了,易用易学,交互性好,实现了所见即所得。

  (3)将工作原理图集成到操作软件中,有利于真空系统的操作运行。

  (4)测控软件采用模块化的程序设计方法,层次分明、注释完整、调试维护简单,便于修改和进行二次开发;采用图形化的编程方式,程

序按动画运行,提供了动态曲线显示界面和数显界面,可满足各种实验和数据分析的需要。

  (5)利用32位的编译器编译生成"#位的可执行程序,保证了数据采集、测试和测量方案的高速执行;采用数字滤波技术,有效地避免数据采集错误;提供了DAQ、GPIB、PXI、RS-232/485在内的各种仪器通信总线标准的扩展接口,能够满足软、硬件升级的需要。

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