為了減小現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與校準(zhǔn)環(huán)境的差異對(duì)真空漏孔校準(zhǔn)的影響，通過(guò)理論研究，設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)真空漏孔的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)�？紤]到現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置需便于攜帶及搬運(yùn)，裝置的設(shè)計(jì)采用了分體式結(jié)構(gòu)�，F(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置由抽氣系統(tǒng)、校準(zhǔn)室系統(tǒng)、真空漏孔連接系統(tǒng)、流量輸出系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、定容室與壓力測(cè)量系統(tǒng)及烘烤系統(tǒng)等7 個(gè)部分組成，復(fù)合了定容法及固定流導(dǎo)法兩種校準(zhǔn)方法，預(yù)計(jì)真空漏孔校準(zhǔn)范圍為5×10^-10～5×10^-5 Pa ⋅m³/s，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為10%。

　　引言

　　目前，在真空檢漏中，通常用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)微小氣體泄漏進(jìn)行定量測(cè)量，而氦質(zhì)譜檢漏儀主要采用真空漏孔進(jìn)行標(biāo)定。由于真空漏孔通常是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)環(huán)境一般要求為：(1)環(huán)境溫度為23 ℃±3 ℃，校準(zhǔn)過(guò)程中溫度波動(dòng)不大于1 ℃/h；(2)相對(duì)濕度不大于80%；(3)校準(zhǔn)時(shí)周圍環(huán)境不得有附加熱源、強(qiáng)振動(dòng)等。但是在工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用真空漏孔校準(zhǔn)氦質(zhì)譜檢漏儀時(shí)，環(huán)境溫度、及濕度與校準(zhǔn)環(huán)境相差很大，不能滿足校準(zhǔn)環(huán)境要求，真空漏孔本身的漏率將會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)實(shí)際的漏率值與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的漏率值發(fā)生了偏離，

　　兩者產(chǎn)生的偏差會(huì)影響氦質(zhì)譜檢漏儀準(zhǔn)確性。為了保障檢漏的質(zhì)量，對(duì)氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行標(biāo)定時(shí)需要用工況下真空漏孔的真實(shí)漏率值，因此需要設(shè)計(jì)及研制現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)真空漏孔的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，從而避免校準(zhǔn)環(huán)境與實(shí)際使用環(huán)境的差異引起的漏率偏離，提高對(duì)氦質(zhì)譜檢漏儀標(biāo)定的準(zhǔn)確性。另一方面，真空漏孔的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，也讓真空計(jì)量走出校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基層單位的直接計(jì)量保障服務(wù)。

1、現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)

　　1.1、設(shè)計(jì)思路

　　考慮到現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的特殊性，現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置應(yīng)該在保證校準(zhǔn)質(zhì)量的前提下，還要滿足操作簡(jiǎn)單、易于攜帶、搬運(yùn)等要求。常用真空漏孔校準(zhǔn)方法有定容法、恒壓法、固定流導(dǎo)法、比較法等 ，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的特殊要求及漏率校準(zhǔn)范圍，同時(shí)保證真空漏孔現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的可靠性，現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置復(fù)合了定容法及固定流導(dǎo)法兩種校準(zhǔn)方法。為了便于攜帶、搬運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置現(xiàn)場(chǎng)采用了分體式結(jié)構(gòu)，各部分可進(jìn)行拆分和組裝，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)，滿足現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)需求。

　　綜合以上因素，設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置主要由充氣系統(tǒng)、校準(zhǔn)室系統(tǒng)、定容室與壓力測(cè)量系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、真空漏孔連接系統(tǒng)、流量輸出系統(tǒng)及烘烤系統(tǒng)等7個(gè)部分組成，其組成框圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置組成框圖

　　1.2、校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)

　　1.2.1、充氣系統(tǒng)

　　充氣系統(tǒng)根據(jù)待校真空漏孔漏率的大小，可選擇將不同壓力的氣體直接引入定容室中。充氣系統(tǒng)由2 L氣瓶、針閥等組成。為了達(dá)到便攜的目的，也可不攜帶氣瓶，設(shè)計(jì)時(shí)留有備用接口，可利用工作現(xiàn)場(chǎng)已有氣體進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　1.2.2、校準(zhǔn)室系統(tǒng)

　　校準(zhǔn)室系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)室壓力監(jiān)測(cè)、氦氣離子流的測(cè)量，由校準(zhǔn)室、四極質(zhì)譜計(jì)、復(fù)合真空計(jì)等組成，四極質(zhì)譜計(jì)選用HM100質(zhì)譜計(jì)。復(fù)合真空計(jì)選用全量程真空計(jì)，用于監(jiān)控10⁵～10^-6 Pa 范圍內(nèi)的壓力。校準(zhǔn)室為不銹鋼球形結(jié)構(gòu)，直徑約為200 mm，有利于建立起均勻的、各向同性的分子流場(chǎng)。

　　1.2.3、定容室與壓力流量系統(tǒng)

　　定容室與壓力流量系統(tǒng)主要提供已知體積的定容室、定容室內(nèi)氣體壓力的測(cè)量，由定容室、電容薄膜真空計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)容積及閥門等組成。定容室設(shè)計(jì)為1 L；由于電容薄膜真空計(jì)的讀數(shù)與氣體種類無(wú)關(guān)，選用電容薄膜真空計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器，由滿量程為133 kPa與133 Pa的兩支真空計(jì)組成，用于測(cè)量定容室內(nèi)10⁵～10^-1 Pa的壓力。同時(shí)配備便攜式計(jì)算機(jī)，便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算。

　　1.2.4、抽氣系統(tǒng)

　　抽氣系統(tǒng)主要對(duì)校準(zhǔn)室、定容室及各處管道抽真空，也可使用旁路抽氣系統(tǒng)直接對(duì)校準(zhǔn)室、定容室進(jìn)行粗抽，由分子泵、機(jī)械泵、插板閥及截止閥等組成。為實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)裝置體積小、質(zhì)量輕、極限真空度等指標(biāo)的要求，機(jī)械泵選用DUO2.5、分子泵選用小型泵，其抽速約為80 L/s；為便于將抽氣系統(tǒng)與真空系統(tǒng)拆卸，分子泵選用KF法蘭接口，便于攜帶和運(yùn)輸。

　　1.2.5、真空漏孔連接系統(tǒng)

　　真空漏孔連接系統(tǒng)選用多通道接頭，用于連接真空漏孔，并將示漏氣體引入校準(zhǔn)室，可同時(shí)校準(zhǔn)多臺(tái)真空漏孔。

　　1.2.6、流量輸出系統(tǒng)

　　流量輸出系統(tǒng)由小孔及閥門組成，小孔選用激光打孔的方式形成，氣體從定容室流出，經(jīng)小孔進(jìn)入校準(zhǔn)室中，保證流過(guò)小孔的氣體為分子流狀態(tài)。

　　1.2.7、烘烤系統(tǒng)

　　烘烤系統(tǒng)主要為了使校準(zhǔn)室達(dá)到較高的極限真空度，對(duì)校準(zhǔn)室進(jìn)行烘烤，該系統(tǒng)由真空容器烘烤加熱帶和溫度控制部分組成，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)需要的真空度較高時(shí)，可使用對(duì)校準(zhǔn)室進(jìn)行烘烤。通過(guò)以上對(duì)各組成部分的功能進(jìn)行分析并進(jìn)行了優(yōu)化組合，現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置原理設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置組成圖

3、校準(zhǔn)裝置結(jié)果測(cè)量不確定度分析

　　定容法的測(cè)量不確定度主要由以下分量構(gòu)成：壓力測(cè)量不確定度、容積測(cè)量不確定度、時(shí)間測(cè)量不確定度、溫度測(cè)量不確定度、溫度波動(dòng)引入的不確定度；固定流導(dǎo)法的測(cè)量不確定度主要由以下分量構(gòu)成：壓力測(cè)量不確定度、小孔測(cè)量不確定度、四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)量離子流引入的測(cè)量不確定度、溫度測(cè)量不確定度及溫度波動(dòng)引入的不確定度，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)校準(zhǔn)影響引入的不確定度，經(jīng)過(guò)估算其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度約為10%。

4、結(jié)論

　　現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)中，復(fù)合了定容法、固定流導(dǎo)法兩種真空漏孔校準(zhǔn)方法，采用了分體式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)小型化和預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)范圍預(yù)計(jì)為5×10^-10～5×10^-5 Pa·m³/s，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度預(yù)估為10%。通過(guò)設(shè)計(jì)及研制現(xiàn)場(chǎng)真空漏孔校準(zhǔn)裝置，能減小或避免對(duì)環(huán)境對(duì)真空漏孔的影響及解決真空漏孔現(xiàn)場(chǎng)精確校準(zhǔn)的問(wèn)題，可滿足型號(hào)對(duì)真空檢漏的要求。