定容式流導法微流量校準裝置

2009-07-31 張滌新蘭州物理研究所

　　在航天工程中要對衛(wèi)星、火箭、飛船、地面設備等有密封要求的整體、分系統(tǒng)、零部件的泄漏狀況進行檢測，以保證其密封性能。

　　空間環(huán)模設備、高能加速器、核輻射物理實驗裝置、等離子體物理實驗裝置、受控熱核反應裝置需要進行檢漏，如漏率超過允許范圍，則無法正常工作。

　　在民用工業(yè)中，如電子工業(yè)中的半導體元件、集成電路，計算機芯片的生產工藝中，要對生產設備進行檢漏，以保證在真空條件下完成某些工藝過程。

　　檢漏不僅要知道漏孔的位置，而且還要知道漏率的大小，采用真空漏孔標定檢漏儀，需要研制氣體微流量校準裝置^［1~9］，對真空漏孔進行校準^[10~16]，以滿足對微小流量的校準需求。

　　為了解決微小流量的測量問題，研制了定容式流導法微流量校準裝置，在定容式流量計中采用多個定容室容積，壓力測量用電容薄膜規(guī)和磁懸浮轉子規(guī)，不僅拓寬了測量范圍，而且延伸了測量下限，可用于微小流量的測量。

1、校準裝置

1.1、校準裝置的組成

　　圖1是定容式氣體微流量校準裝置，由定容式流量計、流量比較系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)四部分組成。

　　定容式流量計由定容室、截止閥、針閥、電容薄膜規(guī)、磁懸浮轉子規(guī)、抽氣機組、供氣系統(tǒng)等組成。流量比校系統(tǒng)由上球室、下球室、小孔板、四極質譜計、磁懸浮轉子規(guī)、冷規(guī)等組成。

　　定容式流量計和流導法用于產生（或測量）標準流量，可采用流量流入法、流量流出法和流量比較法對氣體微流量進行校準，如圖2所示。

1.2、流量比較系統(tǒng)

　　流量比較系統(tǒng)采用了雙球形結構，球的直徑為φ350mm，可承受250℃的高溫烘烤，極限真空度為5× 10^-8pa。在上球室與下球室之間有一個小孔板，小孔的直徑約11mm，對氮氣的流導約10L/s。上球室用于氣體流量的比較測量，也稱為流量比較室。在上球室接有真空規(guī)、四極質譜計、磁懸浮轉子規(guī)等，在下球室接有磁懸浮轉子規(guī)，真空系統(tǒng)壓力監(jiān)測規(guī)等，也稱為抽氣室。

　　流量比較法將待校流量和標準流量分別從上球室的頂部引入，通過一散流板使氣體分子散射后進入上球室中，通過小孔進入下球室被分子泵抽出，在上球室中產生的動態(tài)平衡壓力，可用真空規(guī)或四極質譜計測量，然后計算出待校流量。

1.3、真空抽氣系統(tǒng)

　　真空抽氣系統(tǒng)由主抽分子泵，輔抽分子泵，濺射離子泵、干泵、閥門等組成，按無油超高真空抽氣系統(tǒng)設計。

　　在抽氣系統(tǒng)的設計中，為了獲得較高的真空度，采用雙級分子泵串聯抽氣，可在上球室中獲得10^-8pa極限真空度。

　　定容式流量計的真空抽氣系統(tǒng)采用FB110分子泵作為主抽泵，日本真空株式會社生產的135L/min機械泵作為前級泵，用于定容室的抽氣，可獲得小于10^-5pa的極限真空度。

　　定容室與配氣系統(tǒng)相連接，可在定容室中充入所要求的壓力，向外提供標準流量。

1.4 、測量與控制系統(tǒng)

　　根據定容式流量計和流導法的工作要求，測量與控制系統(tǒng)具有如下的功能。

　�。�1）按所需測量范圍選定工作后，測控過程實現了自動測量，自動存貯和處理測量數據，并給出測量結果。

　�。�2）采用頁標簽技術，簡單明了，易用易學，交互性好，實現了所見即所得。

　�。�3）將工作原理圖集成到操作軟件中，有利于真空系統(tǒng)的操作運行。

　�。�4）測控軟件采用模塊化的程序設計方法，層次分明、注釋完整、調試維護簡單，便于修改和進行二次開發(fā)；采用圖形化的編程方式，程