真空规原位校准装置的不确定度分量的分析评估

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

       真空规原位校准装置的不确定度来源主要在以下几个方面。

1、校准室设计引起的不确定度

       校准室设计完全符合ISO 的有关真空标准的规定,克服了气体分子的束流效应,而且校准室是一个完整的球形容器,最有利于建立起均匀的、各向同性的分子流场。根据蒙特卡洛模拟计算,对于球形容器,在高真空状态下赤道附近分子密度的不均匀性小于0.13%。校准室的容积满足被校规总体积的20 倍的要求,所以校准热阴极电离规时吸放气的影响可以忽略。

2、本底压力造成的不确定度

       校准室内本底压力对被校规的影响,主要是容器内残余气体成分和容器壁的吸放气造成的。选择分子泵抽气,经烘烤后残余气体成分主要为H2,实际校准时都采用N2 作为校准气体,而且要求本底压力低于最小被校压力的2 个数量级,这样本底压力造成的不确定度分量小于2%。

3、校准室中压力波动造成的不确定度

       在校准范围内,用参照标准规测量校准室中3 min 的压力波动,通过实验得到的结果最大为1%。

4、电离规之间的相互影响造成的不确定度

       当同时校准几支电离规时,一支规管的开关会对其他规管的读数造成影响,而现场校准室容器较大,一般都是单支校准,这种影响造成的不确定度可以忽略。

5、 规管安装位置造成的不确定度

       安装在校准室上和测试系统的被校规不能处于同一赤道平面上,所以被校准规和参照标准规之间存在一定的压力梯度,通过实验得到的结果为1%。

6、主标准器的不确定度

       主标准器每年要在一等标准装置上进行校准,所以它的不确定度应由一等标准的不确定度、加上随机校准的不确定度分量合成,一般小于1.5%左右。

7、工作现场环境影响的不确定度

       由于工作现场环境条件不易控制,很难将环境温度恒温在23 ℃附近,一般造成小于3.5%的影响。

       根据以上分析评估,该装置的合成不确定度小于5%,扩展不确定度小于10%(k=2),符合国家二等真空标准不确定度小于10%的要求,可以开展量值的校准工作。

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