針對現(xiàn)場檢漏對漏率校準的需求，研制出具有體積小、重量輕、成本低等特點的便攜式真空漏孔校準裝置。采用標準流量系統(tǒng)提供可調的氣體流量，通過質譜計作為比較器分別測量標準氣體流量和被校準漏孔提供示漏氣體(He氣)的分壓力實現(xiàn)校準。標準氣體流量系統(tǒng)采用直徑約為1Lm的小孔獲得了10-10m³/s量級的分子流導，僅用一臺滿量程為1.33×10⁴Pa的電容薄膜規(guī)真空計(CDG)作為參考標準，通過直接測量和膨脹衰減壓力兩種方法為小孔入口提供標準壓力，從而獲得較寬范圍的標準氣體流量。研究結果表明，裝置的校準范圍為3.5×10^-6~4.6×10^-11 Pa.m³/s，合成標準不確定度為1.8%~2.0%，外形尺寸減小到400mm×300mm×400mm，總重量小于35kg。

　　真空漏孔作為標定檢漏儀或被測量漏率的參考標準，在航空航天、電子工業(yè)、電力工業(yè)及制冷工業(yè)等領域得到廣泛應用。目前，隨著檢漏技術的發(fā)展，許多應用領域提出了現(xiàn)場校準真空漏孔的需求。

　　真空漏孔是向真空端(出口壓力小于1000Pa)提供穩(wěn)定氣體流量的裝置，目前國際上大多數(shù)計量實驗室建立了相應的校準裝置，常用的方法有定容法、恒壓法、質譜比較法等。定容法通過多臺不同量程的電容薄膜真空計(CDG)測量定容室中壓力的變化率實現(xiàn)校準，通常的校準范圍為10-1~10^-6 Pa.m³/s；恒壓法是保持壓力不變的條件下，采用自動伺服系統(tǒng)控制活塞移動，通過測量體積的變化率實現(xiàn)校準，該裝置的特點是設計和使用相對復雜，通常的校準范圍為10-3~10-8Pa#m3/s；質譜比較法是用標準流量系統(tǒng)提供氣體流量，采用四極質譜計(QMS)或檢漏儀作為比較器，通過測量示漏氣體在質譜分析室中形成的動態(tài)平衡分壓力(實際是離子流)實現(xiàn)校準，標準流量通常由恒壓法、小孔流導法、分流法流量計提供，裝置的校準范圍取決于所采用流量計提供的標準流量范圍。由于實驗室校準裝置由于結構復雜、體積和重量都比較大、成本昂貴，不能滿足現(xiàn)場真空漏孔的校準需求。

　　本文在質譜計比較法校準原理的基礎上，研制出一種便攜式真空漏孔校準裝置。采用直徑約為1Lm的小孔獲得了10^-10 m³/s量級的分子流導，將小孔入口分子流上限壓力延伸至10⁴Pa，僅用一臺滿量程為1.33×10^-4 Pa的CDG作為參考標準，通過直接測量和取樣膨脹衰減壓力兩種方法為小孔入口提供標準壓力，拓展了標準流量范圍。此外，裝置設計了一套抽氣系統(tǒng)，通過切換閥門獨立或同時對質譜分析室和穩(wěn)壓室進行抽氣，減小了裝置的外形尺寸和重量。因此，與實驗室校準裝置相比較，所研制校準裝置具有成本低、體積小、重量輕、便攜等優(yōu)點，適合實驗室和現(xiàn)場校準真空漏孔。

　　1、校準裝置

　　校準裝置主要由標準流量系統(tǒng)、質譜計比較系統(tǒng)、被校準漏孔及抽氣系統(tǒng)四部分組成，整體尺寸為400mm×300mm×400mm，總重量小于35kg，原理結構如圖1所示。圖1中RP為機械泵；TMP為分子泵；VC1為質譜分析室；VC2為穩(wěn)壓室；C1為提供標準流導的小孔；V1為電磁閥；V2、V3、V5、V6、V8、V9為截止閥；V4為角閥；V7為帶有標準體積的取樣閥；G1、G2為監(jiān)測真空計；G3是滿量程為1.33×10⁴Pa的CDG；QMS為四極質譜計；Gas為高純He氣瓶(純度為99.999%)；Leak為被校準真空漏孔。

圖1 真空漏孔校準裝置原理圖

　　標準流量系統(tǒng)主要由小孔C1、穩(wěn)壓室VC2、高純He氣Gas、取樣閥門V7、閥門V2、V3、V5、V6、V8及真空計G2、G3等組成。小孔是標準流量系統(tǒng)中的標準流導元件，其直徑和厚度分別為1Lm、1mm，兩端可承受一個標準大氣壓的壓力差；穩(wěn)壓室VC2是采用SUS316L不銹鋼材制成的體積約為1L的柱形容器，校準過程中為小孔入口提供一定壓力的氣體，其上安裝了復合型真空計G2、G3作為參考標準用于測量小孔入口和取樣氣體壓力。

　　漏率比較系統(tǒng)主要由真空室VC1、四極質譜計QMS、監(jiān)測真空計G1、閥門V4等組成，其中VC1是采用SUS316L不銹鋼材制成的體積約為4L的柱形容器。

　　被校準真空漏孔Leak通過閥門V9與質譜分析室連接，該漏孔可以是自帶氣室和通道型兩種，后者需要配置相應的氣源系統(tǒng)。

　　抽氣機組由主抽分子泵TMP、前級機械泵RP及閥門管道等組成。TMP對N2氣的標稱抽速為80L/s，RP對N2氣的標稱抽速為0.8L/s，抽氣機組由標準流量系統(tǒng)和質譜分析系統(tǒng)共用，在校準過程中通過切換閥門對不同真空室抽氣。

3、結論

　　為了滿足許多應用領域現(xiàn)場校準的需求，研制出便攜式真空漏孔校準裝置。通過標準流量系統(tǒng)提供標準氣體流量，采用QMS作為比較器測量示漏氣體(He氣)在質譜分析室中形成的分壓力實現(xiàn)校準。標準流量系統(tǒng)采用直徑約為1Lm的小孔獲得了10^-10 m³/s量級的分子流導，僅用一臺滿量程為1.33×10⁴Pa的CDG作為參考標準，通過直接測量和取樣膨脹衰減壓力兩種方法為小孔入口提供較寬范圍的標準壓力，從而使裝置獲得了3.5×10^-6~4.6×10^-11 Pa.m³/s的校準范圍，其合成標準不確定度為1.8%~2.0%。此外，裝置設計了一套抽氣系統(tǒng)，通過切換閥門可獨立或同時對質譜分析室和穩(wěn)壓室進行抽氣，將尺寸和重量分別減小到400mm×300mm×400mm和35kg�？傊�，所研制校準裝置具有體積小、重量輕、便攜、成本低等優(yōu)點，適用于實驗室和現(xiàn)場校準真空漏孔。