為了減小現場環境與校準環境的差異對真空漏孔校準的影響，通過理論研究，設計了現場真空漏孔校準裝置，可實現對真空漏孔的現場校準。考慮到現場真空漏孔校準裝置需便于攜帶及搬運，裝置的設計采用了分體式結構。現場真空漏孔校準裝置由抽氣系統、校準室系統、真空漏孔連接系統、流量輸出系統、充氣系統、定容室與壓力測量系統及烘烤系統等7 個部分組成，復合了定容法及固定流導法兩種校準方法，預計真空漏孔校準范圍為5×10^-10～5×10^-5 Pa ⋅m³/s，合成標準不確定度為10%。

　　引言

　　目前，在真空檢漏中，通常用氦質譜檢漏儀對微小氣體泄漏進行定量測量，而氦質譜檢漏儀主要采用真空漏孔進行標定。由于真空漏孔通常是在實驗室進行校準，實驗室校準環境一般要求為：(1)環境溫度為23 ℃±3 ℃，校準過程中溫度波動不大于1 ℃/h；(2)相對濕度不大于80%；(3)校準時周圍環境不得有附加熱源、強振動等。但是在工作現場實際使用真空漏孔校準氦質譜檢漏儀時，環境溫度、及濕度與校準環境相差很大，不能滿足校準環境要求，真空漏孔本身的漏率將會發生變化，此時實際的漏率值與實驗室校準的漏率值發生了偏離，

　　兩者產生的偏差會影響氦質譜檢漏儀準確性。為了保障檢漏的質量，對氦質譜檢漏儀進行標定時需要用工況下真空漏孔的真實漏率值，因此需要設計及研制現場真空漏孔校準裝置，實現對真空漏孔的現場校準，從而避免校準環境與實際使用環境的差異引起的漏率偏離，提高對氦質譜檢漏儀標定的準確性。另一方面，真空漏孔的現場校準，也讓真空計量走出校準實驗室，實現了對基層單位的直接計量保障服務。

1、現場真空漏孔校準裝置的設計

　　1.1、設計思路

　　考慮到現場校準的特殊性，現場真空漏孔校準裝置應該在保證校準質量的前提下，還要滿足操作簡單、易于攜帶、搬運等要求。常用真空漏孔校準方法有定容法、恒壓法、固定流導法、比較法等 ，考慮到現場的特殊要求及漏率校準范圍，同時保證真空漏孔現場校準的可靠性，現場真空漏孔校準裝置復合了定容法及固定流導法兩種校準方法。為了便于攜帶、搬運，現場真空漏孔校準裝置現場采用了分體式結構，各部分可進行拆分和組裝，以適應現場環境特點，滿足現場真空漏孔校準需求。

　　綜合以上因素，設計的現場真空漏孔校準裝置主要由充氣系統、校準室系統、定容室與壓力測量系統、抽氣系統、真空漏孔連接系統、流量輸出系統及烘烤系統等7個部分組成，其組成框圖如圖1所示。

圖1 現場真空漏孔校準裝置組成框圖

　　1.2、校準裝置的設計

　　1.2.1、充氣系統

　　充氣系統根據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。充氣系統由2 L氣瓶、針閥等組成。為了達到便攜的目的，也可不攜帶氣瓶，設計時留有備用接口，可利用工作現場已有氣體進行校準。

　　1.2.2、校準室系統

　　校準室系統主要實現對校準室壓力監測、氦氣離子流的測量，由校準室、四極質譜計、復合真空計等組成，四極質譜計選用HM100質譜計。復合真空計選用全量程真空計，用于監控10⁵～10^-6 Pa 范圍內的壓力。校準室為不銹鋼球形結構，直徑約為200 mm，有利于建立起均勻的、各向同性的分子流場。

　　1.2.3、定容室與壓力流量系統

　　定容室與壓力流量系統主要提供已知體積的定容室、定容室內氣體壓力的測量，由定容室、電容薄膜真空計、標準容積及閥門等組成。定容室設計為1 L；由于電容薄膜真空計的讀數與氣體種類無關，選用電容薄膜真空計作為主標準器，由滿量程為133 kPa與133 Pa的兩支真空計組成，用于測量定容室內10⁵～10^-1 Pa的壓力。同時配備便攜式計算機，便于對現場校準數據的記錄和計算。

　　1.2.4、抽氣系統

　　抽氣系統主要對校準室、定容室及各處管道抽真空，也可使用旁路抽氣系統直接對校準室、定容室進行粗抽，由分子泵、機械泵、插板閥及截止閥等組成。為實現校準裝置體積小、質量輕、極限真空度等指標的要求，機械泵選用DUO2.5、分子泵選用小型泵，其抽速約為80 L/s；為便于將抽氣系統與真空系統拆卸，分子泵選用KF法蘭接口，便于攜帶和運輸。

　　1.2.5、真空漏孔連接系統

　　真空漏孔連接系統選用多通道接頭，用于連接真空漏孔，并將示漏氣體引入校準室，可同時校準多臺真空漏孔。

　　1.2.6、流量輸出系統

　　流量輸出系統由小孔及閥門組成，小孔選用激光打孔的方式形成，氣體從定容室流出，經小孔進入校準室中，保證流過小孔的氣體為分子流狀態。

　　1.2.7、烘烤系統

　　烘烤系統主要為了使校準室達到較高的極限真空度，對校準室進行烘烤，該系統由真空容器烘烤加熱帶和溫度控制部分組成，當現場校準需要的真空度較高時，可使用對校準室進行烘烤。通過以上對各組成部分的功能進行分析并進行了優化組合，現場真空漏孔校準裝置原理設計如圖2所示。

圖2 現場真空漏孔校準裝置組成圖

3、校準裝置結果測量不確定度分析

　　定容法的測量不確定度主要由以下分量構成：壓力測量不確定度、容積測量不確定度、時間測量不確定度、溫度測量不確定度、溫度波動引入的不確定度；固定流導法的測量不確定度主要由以下分量構成：壓力測量不確定度、小孔測量不確定度、四極質譜計測量離子流引入的測量不確定度、溫度測量不確定度及溫度波動引入的不確定度，同時考慮現場環境對校準影響引入的不確定度，經過估算其合成標準不確定度約為10%。

4、結論

　　現場真空漏孔校準裝置的設計中，復合了定容法、固定流導法兩種真空漏孔校準方法，采用了分體式結構，可實現小型化和預期的技術指標。現場真空漏孔校準裝置的校準范圍預計為5×10^-10～5×10^-5 Pa·m³/s，合成標準不確定度預估為10%。通過設計及研制現場真空漏孔校準裝置，能減小或避免對環境對真空漏孔的影響及解決真空漏孔現場精確校準的問題，可滿足型號對真空檢漏的要求。