分压力质谱计的校准(4)
4.2、校准方法
校准装置采用两种方法进行校准，每种方法适合于一定范围。
4.2.1、直接比对法
如果校准的压力范围处于10-1~10-4Pa内，可用校准室所接的磁悬浮转子规(15)作为参考标准规进行校准。通过调节微调阀或改变稳压室中的压力可达到控制校准室中压力的目的。
当磁悬浮转子规测量单一气体的压力时，压力P表达式为
(1)
式中K为与转子和温度有关的常数；σ为某一气体的切向动量传递系数；M为某一气体的分子量；(-·ω/ω)为转子转速的相对衰减率。用式(1)不能直接测量分压力， 但经过分析，通过适当的转换，可以实现分压力的测量。对于磁悬浮转子规，式(1)成立的条件是在分子流状态下， 即气体分子之间无碰撞，这样在混合气体条件下， 每种气体成分与转子发生碰撞引起的转子转速衰减率是相互独立的。因此，在混合气体条件下，可以对每种气体成分引起的转子转速的相对衰减率进行线性迭加， 只要让磁悬浮转子规的测量输出为(-·ω/ω)，就可方便地得到混合气体中气体成分的分压力，方法如下。
① 用第1路气体引入系统在校准室中建立一定的动态平衡压力，用校准室上的磁悬浮转子规测出该气体引起的转子衰减率(-·ω/ω)1。
② 用第2路气体引入系统在校准室中建立第2种气体的某一动态平衡压力，这时校准室中为两种气体的混合物，所以磁悬浮转子规测出的转子衰减率为两种气体作用所产生的(-·ω/ω)1+2， 这样第2种气体所产生的转子衰减率应为
(-·ω/ω)2=(-·ω/ω)1+2-((-·ω/ω)1 (2)
③ 同样可得到第3种气体所产生的转子衰减率为
(-·ω/ω)3=(-·ω/ω)1+2+3-(-·ω/ω)1+2 (3)
④ 测出了每种气体所产生的转子衰减率，就可得到每种气体的分压力为
4.2.2、压力衰减法
如果校准压力在10-4~10-6 Pa范围内，可采用压力衰减法用上游室上所接的磁悬浮转子规(19)作为参考标准规进行校准。即关闭超高真空角阀(16)，调节微调阀或稳压室中的压力，使上游室中的压力处于10 -4~10 -1 Pa范围内，利用磁悬浮转子规(19)的测量值，并经过计算得到校准室中的压力。
若上游室中的压力为P1，限流小孔(17)的分子流流导为C1，限流小孔(12)的分子流流导为C2，当气体达到动态平衡后，校准室中的压力P2为
P2=P1×C1/C2 (7)
在分子流条件下，对某一种气体，C1和C2不变。 尽管分子流流导C1和C2与气体的种类有关，但流导比R=C1/C2的值与气体的种类无关。因此，在分子流条件下，R为常数，只要以任何一种气体准确测定了R就可以利用式(7)计算校准室中的压力。
根据式(7)，在分子流条件下有
R=C1/C2=P1/P2 (8)
因此，不必分别测定C1和C2，只要准确测定P2和P1，即可确定R。在该校准装置中，我们选择的限流小孔大小，使R的值接近10-3，这时可利用上游室上的磁悬浮转子规(19)和校准室上的磁悬浮转子规(15)准确测定R。调节气体量，使上游室中的压力为10 -1Pa，则校准室中的压力为 10-4Pa，均在磁悬浮转子规的精确测量范围内。我们用Ar、N2和He气实际测定了R，经过多次反复测定， 证明R的重复性优于1%。
当准确测定R值后，就可用R值和上游室中气体的压力计算校准室中的压力，校准室中的压力比上游室中的压力衰减了三个数量级，因此可用此方法在10-4~10-7范围内测量分压力。由于校准室中极限真空度的限制，目前测量下限只能到10-6。
校准装置设计有三路相同的独立气体引入系统，当同时向校准室引入三种不同气体时，可在校准室中建立起三种气体混合物的分压力。
经过大量实验研究证明，该校准装置的极限真空度为5×10-7Pa，测量范围为10-1~10-6Pa，可同时对三种气体成分进行分压力测量，不确定度小于4.2%。该校准装置可用于分压力质谱计灵敏度、图样系数、线性、质量刻度、分辨本领等的校准和其它性能测试。
