真空规校准装置(2)
3、程控式真空规校准装置
兰州物理研究所研制的程控式真空规校准装置主要用于日常对工作用真空规的校准。程控式真空规校准装置主要由测量控制系统、真空系统和供气系统三部分组成，如图3 所示。
图3 程控式真空规校准装置的流程图
在测控系统中通过采用PC 机和可编程控制器（PLC），实现了真空规校准过程的自动控制。在PC 机和PLC 之间通过RS- 232 串行通讯。PLC 负责对真空泵、阀门和真空规的直接控制，PC 机负责对全校准过程和校准数据的管理。供气系统主要用来提供校准气体。真空系统是校准装置的核心，主要由校准室、抽气系统、采样小容器和稳压室等组成。通过各阀门开关的不同组合，可以实现不同的校准模式。图4 为真空系统和供气系统的结构图。
1,15.计量阀门;2.压力衰减阀门;3.气瓶;4.校准室;5.小孔;6.插板阀;7.涡轮分子泵;8,9.气体取样体积;10,12,13.隔离阀;11,16.放气阀;14.机械泵;17.稳压室;18.HLP-03规;19.磁悬浮转子规;20.控制规
图4 真空系统和供气系统的结构图
在该校准装置中，选用了动态直接比对法、静态膨胀法和静态直接比对法等三种校准方法实现了（10- 4～105 ）Pa 范围内真空规的校准，根据实际应用可选用不同的参考标准和校准方法。装置采用全金属结构，校准室为球形容器。另外，为了便于操作，采用动态数据交换技术和数据库管理技术实现了数据的自动采集和处理。该校准装置可同时对6支真空规进行校准，因此，非常适合工业部门对真空规的日常校准。
4、超高/极高真空标准装置
超高/极高真空标准装置用于超高/极高真空规的校准。装置主要由极高真空（XHV）系统、超高真空（UHV）系统、流量分流系统和供气系统四部分组成。装置采用磁悬浮涡轮分子泵和非蒸散型吸气剂泵组合抽气，在XHV 校准室中获得了10-10Pa 的极限真空度，用分流法、压力衰减法和直接测量法实现在（10- 10～10- 1）Pa 压力范围内的校准。分流法是对动态流量法的发展，是将已知流量的气体注入到分流室中，通过分流室上两个导相差很大的小孔将气体流量分流到XHV 校准室和UHV 校准室中，只有很少一部分气体流入XHV 校准室。分流法克服了流量计测量下限的限制，从而延伸了装置的校准下限。XHV 校准室中的标准压力由式（4）计算：
式中Q为注入分流室中气体的流量；C9 为小孔9 的流导；RP 为返流比；RC 为小孔23 与小孔15 的流导比。
压力衰减法和直接测量法是在没有流量计的情况下，将已知压力通过小孔进行衰减计算得到标准压力或直接用磁悬浮转子规作为参考标准对真空规进行校准。校准装置的工作原理如图5 所示。
1.干泵2,29,30. 涡轮分子泵；3,6,13,16,20,22,24,28,36,37,39,41,43,45.隔离阀；4.磁悬浮涡轮分子泵；5,12.NEG 泵；7.极高真空抽气室；8,11. 极高真空规；9,15,23,26. 小孔；10. 极高真空校准室；14,18.SRG；17.CDG；19.分流室；21.流量计；25.超高真空校准室；27.超高真空抽气室；31.放气阀；34.进气室；35.低真空规；40,42,44.气瓶
图5 超高/极高真空标准装置工作原理图
标准装置主要技术指标如下：
极限真空度：（7.89×10- 10）Pa (XHV 室)、（1.24×10- 7）Pa (UHV 室)；
校准范围：分流法（4.9×10- 10～2.1×10- 4）Pa；
压力衰减法（2.3×10- 9～2.1×10- 4）Pa；
直接测量法（2.1×10- 4～9.5×10- 1）Pa；
不确定度：3.5% (10- 10 Pa) ～ 0.41% (10- 1 Pa)。
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