分流法是在動態(tài)流量法基本原理的基礎(chǔ)上提出的。動態(tài)流量法基本原理是將氣體微流量計產(chǎn)生的已知氣體流量注入到校準(zhǔn)室中,并通過一已知流導(dǎo)的小孔不斷抽氣,從而在校準(zhǔn)室中產(chǎn)生可精確計算的動態(tài)平衡壓力,并以該平衡壓力作為標(biāo)準(zhǔn)壓力校準(zhǔn)真空規(guī)。由于氣體微流量計流量測量范圍和校準(zhǔn)室極限真空度所限,動態(tài)流量法的校準(zhǔn)下限一般在10-6～10-7Pa之間。為了將真空規(guī)的校準(zhǔn)下限延伸到10-10 Pa的極高真空范圍,提出了流量分流法基本思想,即將氣體微流量計提供的氣體流量引入到一個分流室中,然后再通過分流室上兩個分子流流導(dǎo)相差100～1000 倍的小孔將氣體流量分流到XHV 校準(zhǔn)室和UHV 校準(zhǔn)室中,XHV 校準(zhǔn)室分流的氣體流量占1%～0.1%,UHV 校準(zhǔn)室占99%～99.9%, 這樣當(dāng)UHV 校準(zhǔn)室中的校準(zhǔn)下限為10-7時,XHV 校準(zhǔn)室中的校準(zhǔn)下限為10- 9～10- 10 Pa。

       先考慮不分流的情況, 假設(shè)某一恒定氣體流量全部注入到XHV 校準(zhǔn)室中, 并通過一已知流導(dǎo)小孔連續(xù)抽氣, 則會在校準(zhǔn)室內(nèi)建立起可精確計算的動態(tài)平衡壓力。如果校準(zhǔn)室中處于等溫狀態(tài), 氣體分子各向同性, 均勻分布, 校準(zhǔn)室內(nèi)氣體壓力滿足公式( 1) 。

式中Q—— —注入校準(zhǔn)室的氣體流量, Pa·m3/s

      Q0 —— —校準(zhǔn)室內(nèi)表面的放氣率, Pa·m3/s

      pu —— —校準(zhǔn)室內(nèi)的氣體壓力, Pa

     Sg —— —被校真空規(guī)的抽氣速率,m3/s

     pl —— —抽氣室中的氣體壓力,Pa

     C9—— —校準(zhǔn)室和抽氣室之間小孔9的流導(dǎo),m3/s

     V—— —校準(zhǔn)室的容積,m3

    dpu/dt—— —校準(zhǔn)室中壓力隨時間的變化率,Pa/s

當(dāng)滿足以下條件時,可以將公式(1)進(jìn)行簡化:

     (a)校準(zhǔn)室內(nèi)表面的放氣率Q0小于最低校準(zhǔn)壓力時注入氣體流量Q的1/100;

     (b)被校真空規(guī)的總抽氣速率小于校準(zhǔn)室抽氣小孔流導(dǎo)值的1/100;

     ( c) 在校準(zhǔn)過程中, 校準(zhǔn)室中的壓力波動小于1/100。

      當(dāng)校準(zhǔn)室中氣體壓力達(dá)到動態(tài)平衡時,即dpu/dt等于0,公式(1)可簡化為公式(2)

     式中: Rp —— —返流比。

     從公式( 3) 可以看出, 當(dāng)小孔流導(dǎo)C9 和返流比Rp確定之后,只能通過減小流量Q的值來延伸壓力校準(zhǔn)下限,固定流導(dǎo)法氣體微流量計就是為此目的而設(shè)計的, 其流量測量下限為10-9 Pa m3/s。盡管如此, 采用固定流導(dǎo)法氣體微流量計,壓力校準(zhǔn)下限也只能到10-8Pa。

      為了進(jìn)一步將壓力校準(zhǔn)下限延伸到10- 10 Pa,采用了前面所述的流量分流法思想,即將固定流導(dǎo)法氣體微流量計提供的氣體流量引入到分流室, 再通過分流室上的兩個小孔15 和23 分流到XHV 校準(zhǔn)室和UHV 校準(zhǔn)室中。通過實際測定, 在研制的校準(zhǔn)裝置中, 大約99.5%的氣體流量被分流到UHV 校準(zhǔn)室中, 只有大約0.5%的氣體流量被分流到XHV 校準(zhǔn)室中, 從而將XHV校準(zhǔn)室中的壓力校準(zhǔn)下限延伸到10-10 Pa。采用分流法后, XHV 校準(zhǔn)室中的氣體壓力由公式( 4) 計算。

      根據(jù)公式(4),要得到標(biāo)準(zhǔn)壓力,須確定小孔9的流導(dǎo)C9;返流比RP;小孔23與小孔15的流導(dǎo)比RC流量Q由氣體微流量計提供并測量。各參數(shù)的測量方法或確定方法已在真空技術(shù)網(wǎng)中做了詳細(xì)描述, 這里不再贅述, 僅將對Ar 氣的結(jié)果列于表1 中。

     表1 對Ar 氣各參數(shù)的值( 或測量范圍) 及不確定度