定容式流导法微流量校准装置

2009-07-31 张涤新兰州物理研究所

　　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