正壓漏孔校準技術國內研究狀況
1、中國計量院(NIM)
中國計量院在2005 年建立了一套恒壓法正壓漏孔校準裝置，測量范圍(2×10- 6~8×10- 5)Pa·m3/s，不確定度為(1.3%~2.8%)，置信概率p=95%，裝置結構圖見圖8。
該裝置采用差壓式電容薄膜規測量壓力變化，參考室和校準室用球閥連接，校準室上接有放氣閥和正壓漏孔接口。活塞通過O 型圈與活塞套筒動密封連接，活塞變化距離由光柵尺測量。為更好的維持恒溫，電容薄膜規管道、活塞等用隔熱材料包裹，裝置整體放在兩個相互套嵌的透明箱體內。在實際測量中，操作人員觀測差壓規的讀數來實時調整活塞的移動速度使差壓規的讀數盡量接近零點，通過測量活塞移動距離，實驗時間來計算正壓漏孔的漏率，這種方法類似于PID 恒壓控制，但沒有采用計算機自動控制的模式。
圖8 中國計量院正壓漏孔校準裝置結構圖
研究工作的重點是，增加活塞組以擴展測量上限，對裝置進行更好的恒溫控制以降低虛漏并提高測量下限，對活塞直徑和測量時間進行更精確的測量以減小測量不確定度。
2、上海計量測試技術研究所
上海計量測試技術研究所建立了一套改進型的(pΔV/t) 正壓漏孔校準裝置，校準范圍(1×10- 4～1×10- 6) Pa·m3/s，最佳校準能力小于4.0%(k=2)，校準原理見圖9。
圖9 上海計量測試所正壓漏孔校準裝置原理圖
該裝置采用MKS 公司生產的差壓式電容薄膜規698A 測量校準室的壓力變化， 滿量程為1330 Pa。活塞的直徑為2.4 mm，測量誤差不超過±0.001mm, 活塞桿由千分尺推動并測量前進距離。用標準溫度計測量參考室和校準室溫度，分辨率為0.01℃。大氣壓由DHI 公司生產的數字壓力計測量，測量精度為0.01%。裝置可以采用恒壓法和定容法兩種校準方法校準正壓漏孔。實際測量中，安裝好標準漏孔后關閉閥門1和平衡閥2，當差壓薄膜計壓力穩定升高時，調節千分尺帶動活塞移動將差壓示值調至0，記錄千分尺讀數和開始時間。隨著漏孔氣體的流入，調節千分尺同時觀察差壓計的讀數，使差壓保持在內±δ，δ 的具體值根據漏率大小決定，一定時間后，記錄位移，測量時間，可計算出漏率，這種方法和中國計量院采用的方法類似。
3、清華大學
清華大學建立了一套定容式正壓漏孔校準裝置，校準范圍(1×10- 5～1×10- 6) Pa·m3/s，不確定度5%～15%，校準裝置原理圖見圖10。
圖10 清華大學正壓漏孔校準裝置原理圖
該裝置采用定容法的測量方法，校準室和參考室的體積均保持恒定，通過管道和閥門可以把它們連通或隔開。采用差壓式電容薄膜規測量校準室和參考室之間的壓差。校準時，參考室被密封，壓強保持不變，氣體從進氣端通過被校漏孔進入校準室使其內部壓強不斷上升從而測量正壓漏孔的漏率。校準室在校準前充入北京大氣壓，基本接近1 個標準大氣壓。為了減小溫度變化造成的影響，在校準裝置下層機箱的內壁上粘貼了隔熱材料。在測試前，使用純氮氣清洗校準室和參考室，避免空氣中的水汽帶來的本底漏率影響。可以實現數據的自動采集和處理，系統重復性好，也可用于真空漏孔漏率的校準。
4、航天科技集團一院
航天科技集團一院建立了利用排水取氣法的正壓漏孔校準系統，最小可校漏率1×10- 6 Pa·m3/s，其原理圖如圖11 所示。取氣管內氣壓p 近似為一個大氣壓。取氣管內徑d 為25 mm。通過正壓漏孔的試驗氣體被取氣管收集，隨著取氣管內壓力的升高，不斷將取氣管中的水排出。測量Δt 時間內排水的高度為H，則可計算出正壓漏孔的漏率。
這種方法操作簡單，能達到一定的精度，是一種實用的方法。但測量精度要受到測試期間溫度變化的影響，且測量小漏率時需要較長的測試時間。例如測量漏率為1×10- 6 Pa·m3/s 的漏孔，若要排水高度H 達到10 mm，需要的測試時間為5.7 天的時間，測量效率有待提高。
圖11 航天一院正壓漏孔校準裝置原理圖
5、蘭州物理研究所(LIP)
蘭州物理研究所在2000 年建立了一臺正壓漏孔校準裝置，校準范圍(10- 3～10- 7) Pa·m3/s，不確定度20%，裝置原理圖見圖12。
圖12 LIP 正壓漏孔校準裝置原理圖
該裝置采用定容法和動態比較法測量漏率，動態比較法是將示漏氣體通過正壓漏孔流入定容室進行累積，經過Δt 時間后，將定容室中的混合氣體膨脹到膨脹室中進行壓力衰減，再通過小孔在分子流狀態下引入到質譜分析室中，用四極質譜計測量示漏氣體的離子流。同樣的，使用配樣室配置定量氣體，與定容室中的一個大氣壓的空氣混合后膨脹到膨脹室中，也通過小孔分子流動態進樣，用四極質譜計測量定量氣體的分壓力，通過比較計算正壓漏孔的漏率。
從理論上講，只要漏孔累積的時間足夠長，就可以校準很小的漏孔。而實際上，漏孔流量累積時間過長時，其測量結果的精度將受到溫度變化、系統泄漏等因素的影響而降低。另一方面，配樣室的氣體量不能配的太小，否則進樣后會由于四極質譜計的靈敏度限制而無法測量，所以采用這種方法延伸測量下限值得進一步研究。目前，該單位正在研制基于自動控制的恒壓法正壓漏孔校準裝置。
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正壓漏孔校準技術的發展概況
