定容法正壓漏孔校準(zhǔn)裝置

2014-07-26 盧耀文 清華大學(xué)

  研制出定容法正壓漏孔校準(zhǔn)裝置。采用滿量程分別為133 Pa( 差壓式) 、1. 33 × 105 Pa( 絕壓式) 的兩臺高精度電容薄膜真空計(jì)測量壓力變化,通過全金屬密封結(jié)構(gòu)減小定容室漏放氣對測量結(jié)果的影響; 采用高精度半導(dǎo)體雙級恒溫系統(tǒng)獲得了296 ± 0. 02 K 的恒溫效果,減小溫度對漏孔漏率的影響; 通過三個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)體積作為定容室,拓寬裝置的校準(zhǔn)范圍。研究結(jié)果證實(shí),研制的校準(zhǔn)裝置僅采用定容法實(shí)現(xiàn)了3 × 10 -1 ~ 4 × 10 -8 Pa·m3 /s 的校準(zhǔn)范圍,合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1. 2% ~ 3.2%。

  正壓漏孔是向大氣壓環(huán)境下提供穩(wěn)定氣體流量的裝置,常用于標(biāo)定吸槍模式下工作的檢漏儀及其它正壓條件下的泄漏漏率,在航空航天、空調(diào)、電力、微電子、半導(dǎo)體等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。為了保證正壓漏孔提供漏率數(shù)據(jù)的正確性,必須進(jìn)行定期校準(zhǔn)。

  正壓漏孔的校準(zhǔn)方法通常有定容法、恒壓法、定量氣體動態(tài)比較法、光譜儀法等。定容法正壓漏孔校準(zhǔn)裝置的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低,其校準(zhǔn)范圍受溫度波動、定容室體積大小及參考標(biāo)準(zhǔn)等因素影響,一般為10 -1 ~ 5 × 10 -6 Pa·m3 /s; 恒壓法正壓漏孔校準(zhǔn)裝置相對復(fù)雜、成本高,校準(zhǔn)范圍一般為10 -5 ~ 10 -7 Pa·m3 /s; 定量氣體比較法采用質(zhì)譜計(jì)作為比較器,通過配置標(biāo)準(zhǔn)氣體實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn),其范圍一般為10 -6 ~ 10 -8 Pa·m3 /s 量級; 光譜儀法校準(zhǔn)裝置采用紅外檢測技術(shù)測量累積室中泄漏氣體濃度變化得到泄漏漏率,主要用于校準(zhǔn)制冷劑氣體的泄漏漏率,裝置的研制和運(yùn)行成本比較高,校準(zhǔn)范圍一般為1 ~ 50 g /y。

  目前,大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域所用正壓漏孔漏率范圍為10 -2 ~ 10 -7 Pa·m3 /s,中國只有蘭州物理研究所( LIP) 采用定容法和動態(tài)比較法實(shí)現(xiàn)了以上校準(zhǔn)范圍。本文在參考國內(nèi)正壓漏孔校準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用滿量程分別為133 Pa( 差壓式) 、1. 33 × 105 Pa( 絕壓式) 的兩臺高精度電容薄膜真空計(jì)測量定容室中氣體壓力變化,采用全金屬密封結(jié)構(gòu)減小定容室的漏放氣,通過高精度半導(dǎo)體雙級恒溫系統(tǒng)減小溫度對漏孔漏率的影響,通過三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)體積作為定容室拓寬校準(zhǔn)范圍,僅用定容法實(shí)現(xiàn)3 × 10 -1~ 4 × 10 -8 Pa·m3 /s 的校準(zhǔn)范圍,滿足大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)φ龎郝┛椎男?zhǔn)需求。

結(jié)

  研制的正壓漏孔校準(zhǔn)裝置,采用滿量程分別為133 Pa( 差壓式) 、1. 33 × 105 Pa( 絕壓式) 的兩臺高精度電容薄膜真空計(jì)測量定容室中氣體壓力變化,用全金屬密封結(jié)構(gòu)減小定容室的漏放氣,設(shè)計(jì)的高精度半導(dǎo)體雙級恒溫系統(tǒng)將溫度恒定在296 ± 0. 02K,從而減小了溫度對漏孔漏率的影響,通過三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)體積作為定容室拓展裝置的校準(zhǔn)范圍。研究結(jié)果表明,僅采用定容法實(shí)現(xiàn)了3 × 10 -1 ~ 4 × 10 -8 Pa·m3 /s的校準(zhǔn)范圍,合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1. 2%~ 3. 2%,裝置具有成本低、范圍寬、效率高等優(yōu)點(diǎn),能滿足大多數(shù)正壓漏孔校準(zhǔn)的需求。