动态流量法超高真空标准装置的性能测试(2)
3、标准装置的性能测度
在校准室的赤道位置上分别接有M514分离型超高真空规(德国LH公司)、MG040调制型BA规(瑞士BALZERS公司)、VISCO 211磁悬浮转子规(德国LH公司)、在裸规球中接有裸BA规。在抽气室中接有裸BA规和QX2000 四极质谱计。
3.1、极限真空
用MG040调制型BA规和M514分离规分别测量校准室和抽气室的极限压力值。校准室的极限真空为1.7×10-8Pa, 抽气室的极限真空为6.5×10 -9Pa。
3. 2、压力校准范围及不确定度
用该标准装置对MG040调制型BA规、M514分离规、金属裸BA规和VISCO 211磁悬浮转子规进行了校准。压力校准范围为10-2～10-7Pa, 不确定度小于3%(10-2～ 10-5Pa)～10% (10-7Pa)。
3. 3、抽气室的有效抽速
采用返流法测量抽气室的有效抽速。将恒压式气体微流量计产生的流量直接引入抽气室中, 有MG040调制型BA规和M514分离规测量压力, 流量与压力的比值为泵对抽气室的有效抽速。抽气室的有效抽速值是小孔实际流导值的66倍, 满足国际标准规定的大于小孔有效流导值50倍的要求。
3.4、返流法流量比例系数
将流量分别引入校准室和抽气室进行测量可得到流量比例系数K=66.5, 不确定度小于4%。用返流法校准真空规具有如下的意义: 1)如果该标准装置能够获得更高的极限真空, 这就意味着压力校准下限可以延伸一个半数量级; 2)如果校准同一压力, 流量真接引入抽气室中是直接引入校准室中的66.5倍。即用大流量校准低压力, 可以减小流量测量的不确定度。
4、不确定度的分析
4. 1、不确定度的分析与计算
如果校准室的气体温度为Tc, 参考温度为Tr, 考虑到热流逸效应, 校准室实际压力为
(4)
根据误差的计算方法, 压力测量的不确定度为
(5)
式中, δQ/Q为流量测量的不确定度; δA0/A0为小孔横截面积的测量的不确定度;δK1/K1为圆柱孔克劳辛修正系数引起的不确定度; δK3/K3为自由程修正系数引起的不确定度, δTc/Tc为校准室温度的测量不确定度。
4.1.1、流量测量不确定度(δQ/Q)
在压力Pf和温度TQ绝对不变的理想条件下, 式(3)严格成立。流量测量的不确定度只取决于压力Pf、活塞横截面积Ap、活塞位移 △L、时间△t 和温度TQ的测量不确定度。通过正确地选用测量仪器和制定有关的操作规程, 就能保证这些量值的测量不确定度。
在实际的流量测量过程中, 压力和温度是不可能绝对不变的, 压力和温度的波动将引起附加不确定度。另外, 由于漏放气和液压油传递活塞体积不可能达到100%, 也存在着附加不确定度。
根据理论计算与分析, 考虑到上述因素, 实际的流量计算公式
(6)
式中, Pf为变容室压力; Ap为活塞横截面积; △L为活塞位移; △t为活塞移动△L 所需的时间;TQ为气体温度; Tr为参考温度; △P为压力波动; △T为温度波动; V为变容室体积; △V为变容室体积的变化量; △V0为液压油体积的变化量; q为漏放气率。
对于恒压式气体微流量计来说, 实际测得的流量为式(6)中的第一项, 其余各项作为误差考虑。根据误差计算方法, 流量测量的不确定度为
(7)
表1列出了式(6)中各项不确定度。
