静态膨胀法真空标准校准下限延伸方法研究

　　自1910 年克努曾提出将静态膨胀法作为真空标准原理,距今已近100 年的历史。经过对静态膨胀法真空标准近一百年的探索和研究,该标准已成为世界各国普遍采用的真空标准之一 。

　　目前,国内外静态膨胀法真空标准装置的校准下限最低为10-5Pa ,影响校准下限的主要因素是校准室器壁的放气效应。为了降低器壁放气效应对校准下限的影响,采取的主要手段是对校准室内表面进行抛光处理和进行高温烘烤,但这并不能消除放气效应的影响,因此,在延伸静态膨胀法真空标准校准下限方面进展缓慢。

　　本文提出使用非蒸散型吸气剂泵(NEGP) 消除器壁放气影响来延伸校准下限的方法,为静态膨胀法的研究提供了另一条思路。NEGP 具有两个显著特点:一个是在室温下,对活性气体特别是H2 的抽速很大;另一个是对惰性气体无抽速。利用NEGP的特点,以惰性气体作为校准气体时,可以消除器壁放气的影响,这是因为NEGP 既维持了校准室中的高真空本底,又不改变校准室内惰性气体的气体量,从而保证气体静态膨胀时波义耳定律严格成立,使标准压力能够准确计算。

1、静态膨胀法真空标准装置的组成

　　静态膨胀法真空标准主要由前级压力测量系统、气体压力衰减系统、抽气系统和烘烤系统四部分组成,原理如图1 所示。

　　静态膨胀法真空标准装置的前级压力采用DPG8 数字式活塞压力计和DHFRS5 数字式微压气体活塞压力计进行测量,DPG8 的满量程为160kPa ,DHFRS5 的满量程为11kPa 。

图1 　静态膨胀法真空标准装置原理图

1 ,26 —rotary pump ; 2 ,25 —turbo molecular pump ; 3 ,6 ,7 , 9 ,10 ,12 ,13 , 15 , 16 , 18 , 19 , 21 , 24 , 27 —isolation valve ; 4 —leftcalibration chamber ;5 ,22 —ionization gauge ;8 ,17 —0. 1 L sam-pling chamber ; 11 , 14 —1 L sampling chamber ; 20 —DPG8 ,DHFRS5 ;23 —right calibration chamber ;28 —NEGP

　　压力衰减系统由取样室和校准室组成。取样室由一级取样室14、17 和二级取样室8、11 组成,取样室11、14 的容积约为1L ,取样室8、17 的容积约为011L 。校准室由左校准室4 和右校准室23 组成,容积均约为100L 。

　　标准装置的左、右校准室分别配置了一套抽气系统,抽气系统由机械泵和涡轮分子泵组成;另外,在右校准室上配制了一台NEGP 来延伸校准下限。为了有效去除取样室、校准室和管道内壁上吸附的水汽和其它残余气体,为标准装置还专门设计了烘烤夹克套及烘烤控制系统。