略论绝对真空计量标准(2)

2010-01-12 李旺奎 兰州物理研究所

3.1.3 动态流量法真空规校准系统—超高真空

  根据气体连续性原理

  P= Q/C (4)

  式中Q为引人校准室的气体微流量;C为限流孔在分子流状态下的流导。

  气体微流量Q的测量绝对性将在本文3.2节讨论。流导C是依据气体分子流理论用限流孔的面积计算的,但是此理论仅适用于理想孔,对实际孔要进行适当修正,这就降低了其计算的准确性,因而绝对性有所下降。

  校准是在动态平衡状态下进行的,气流状态偏离了热平衡态,绝对性有所下降,设计系统时要尽可能降低这种偏离的程度。

3.1.4 分子束法真空规校准系统—极高真空

  克努曾室中的气体(压力为Po)经面积为A1的小孔发射出分子,处于极高真空的校准室与克努曾室相距L,校准室上正对克努曾室有一个面积为AZ的小孔接收克努曾室发射出的气体分子。根据气体分子的余弦散射定律,校准室中达到的气体平衡压力为

P= (1 /π )(A1/ L2) P0 (5)

  测量的物理量为长度(A1,L) 和压力(P0),其绝对性主要受压力Po(在10-4~10-6Pa区间)的测量绝对性影响。但是在实际装置中,由于小孔A,和A:不可能是理想孔,克努曾室和校准室的体积也不可能大,因此发射的分子束会偏离余弦散射定律,从而使校准的绝对性又有所下降。

  由上可知,随着真空度的提高,真空度计量标准的绝对性越来越下降。

3.2 气体微流量标准

  气体微流量的校准主要有两种方法,一种是直接测量法,另一种是比较测量法。

3.2.1 直接测量法气体微流量标准

  直接测量法是将被校流量直接引人标准微流量计,用标准微流量计对其进行测量的方法。其绝对性完全取决于标准微流量计的测量绝对性。

3.2.2 比较测量法气体微流量标准

  比较测量法是在相同的情况下,分别将待校流量Qc和标准微流量计输出的流量Qc引人流量比较系统中,比较它们所产生的动态平衡压力Pc。和Ps,然后可以用式(6)计算出待校流量Qc。

  Qc=(Pc/Ps)Qs (6)

  这种校准方法的绝对性由以下三个因素确定:

  (1)流量比较系统的热力学平衡程度;

  (2) 流量与动态平衡压力的非线性;

  (3) 标准微流量计的测量绝对性。

3.2.3 气体微流量计的测量绝对性

  直接测量法、比较测量法校准气体流量和动态流量法校准真空规时都需要使用到气体微流量计,下面分别对用于真空计量的两种气体微流量计的测量绝对性作简单分析。

3.2.3.1 恒压式气体微流量计

  当被测量的气体流出(或流入)恒压式气体微流量计的变容室时,改变变容室的容积,以保持变容室内气体压力恒定。通过测量变容室中气体的压力、温度和体积变化率,被测气体的流量可由式(7)计算得到。

(7)

  测量的物理量涉及长度、温度和压力,其绝对性主要由测量压力的真空规的绝对性确定。

3.2.3.2 定容式气体微流量计

  将被测量的气体引人(或引出)封闭容器,在温度、体积恒定不变的情况下,被测气体的流量可以通过测量容器中气体的压力变化率、体积、温度而由式(8)得到。

(8)

  

  测量的物理量涉及长度、温度和压力,其绝对性主要由测量压力变化的真空规的绝对性确定。

  相对真空度计量标准而言,气体微流量标准的绝对性还要更差些。

4 绝对真空计量标准的测且不确定度

  作为绝对计量标准,从原理上讲,就有可能成为主基准或最高标准,在没有更高一级标准存在时,它的准确度和测量不确定度的确定只有两条途径:

  (1) 在现有认识水平(指从事这方面研究的国内外一群人的群体认识水平)上,从理论上进行研究和分析,探讨可能的误差源和去论证所达到的准确度和测量不确定度。

  (2) 经过大量的实践和长时间历史的检验,再进行标准间的国内或国际间的比对,来验证已有水平和发现新的误差源。