針對目前正壓漏孔校準工作中存在的測量下限指標低、測量不確定度大等問題，提出了正壓漏孔校準裝置的優化設計方法。采用特殊設計，將定容室的容積減小到10mL以下，降低了氣體累計時間，延伸了測量下限。采用主、被動相結合的恒溫方法提高恒溫精度，使得測量系統溫度變化在校準時間內小于0.02K，減小了溫度漂移引入的虛流量及測量不確定度。在恒壓法正壓漏孔校準方法中，提出采用直徑小于1mm的精密細活塞及適用的動密封結構，可以將測量下限延伸到10^-7Pa·m³/s 量級。通過以上方法，可使正壓漏孔校準裝置的測量下限優于5×10^-7Pa·m³/s，不確定度小于5%，同時具有較高的工作效率。

　　正文：在國防和國民生產各領域，尤其是在型號和武器裝備的研制、試驗、生產和使用的過程中，正壓檢漏技術發揮著越來越重要的作用，正壓漏孔作為正壓檢漏時的漏率標準，其校準精度也越來越受到人們的重視。

　　目前我國正壓漏孔校準工作還面臨以下問題：①不能對漏率值在10^{- 7}Pa·m³/s 量級及以下的正壓漏孔進行精確校準；② 校準時間較長，一般情況下，校準一支小漏率正壓漏孔需要7 天時間，校準效率低；③測量不確定度大，校準下限的測量不確定度在15%～30%左右。

　　為此，本論文在定容式正壓漏孔校準裝置的研究經驗基礎上，利用目前正在研究和設計的恒壓式正壓漏孔校準裝置的相關技術，提出了對正壓漏孔校準裝置進行優化設計的思路和方法，而且這些設計方法對定容式和恒壓式校準裝置都是適用的，以期進一步提高我國正壓漏孔校準裝置的設計水平和校準質量。

1、校準裝置原理及校準方法

　　校準裝置由供氣和穩壓系統，抽氣系統、校準系統、恒溫系統和測量與控制系統等五部分組成，圖1 為裝置原理圖，圖中虛線框內的部分放置在恒溫箱中。校準裝置既可采用定容法也可采用恒壓法來校準正壓漏孔。

1,11,30. 電容薄膜規(CDG)  2,3,6,8,9,10,12,13,15,17,19,23,24,25閥門 4,5,7.氣瓶 14.分子泵 16,20.標準容積 18,29.定容室 21.電磁閥 22.正壓漏孔 26.機械泵 27. 伺服機構 28.變容室及活塞

圖1 校準裝置原理圖

　　供氣和穩壓系統由高壓氣瓶、低壓氣瓶、閥門、電容薄膜規等組成，主要為正壓漏孔的入口端提供高于2個大氣壓的He氣，并為正壓漏孔的出口端提供100 kPa±5 kPa 的N2氣。抽氣系統由分子泵、機械泵、電磁閥等組成，可以對供氣系統和校準系統的管道、變容室及兩個標準容積抽真空，以滿足校準要求。校準系統由正壓漏孔、定容室、標準容積、電容薄模規、變容室及活塞、電機等組成，整體放置在恒溫箱內保持恒溫，是正壓漏孔校準裝置的核心部分，承擔著正壓漏孔的校準任務。恒溫系統為內外兩層恒溫箱組成，為校準系統提供恒溫保障。測量與控制系統的由工控機、數據采集卡、熱電阻變送模塊、電機控制卡、伺服系統等組成，采用LABVIEW虛擬儀器工具開發測控軟件，完成平動機構的運動控制、活塞運動速度及移動距離的計算、電容薄膜規的數據采集、測量結果的自動計算及保存等功能。校準裝置可以采用定容法和兩種恒壓法（PID 控制、壓力微小波動控制）來提供和測量流量，定容法的測量范圍是(5×10^{- 7}～5×10^{- 3}) Pa·m³/s，PID恒壓控制法的測量范圍為(1×10^{- 6}～5×10^{- 5}) Pa·m³/s，壓力微小波動控制法的流量測量范圍為(4×10^{- 7}～2×10^{- 5}) Pa·m³/s，其測量下限的準確性主要受到溫度變化的影響。

　　關于校準裝置的詳細結構設計、測量方法及測量范圍等考慮到真空技術網的有另文解說，這里就不再詳細介紹。

2、校準裝置的優化設計

　　在總體設計的基礎上，針對目前正壓漏孔校準工作中存在的測量下限指標低、測量不確定度大等問題，對正壓漏孔校準裝置提出了優化設計方法，這些方法也是正壓漏孔校準裝置設計中應考慮的核心問題，尤其值得關注。

2.1、定容室的優化設計

　　定容室的容積大小直接關系到氣體累計間的長短，以及定容室壓力變化的快慢，是提高正壓校準效率和測量下限的關鍵因素。根據理論計算和國外文獻，定容室的容積應小于10mL為佳, 如德國PTB 恒壓式正壓漏孔校準裝置定容室為7.8mL。我站2000年研制的正壓漏孔校準裝置定容室為33mL，定容法測量下限在10^-6Pa·m³/s由于定容室要連接正壓漏孔，壓力測量儀器（一般為差壓式電容薄膜規），充氣接口（為定容室充1個大氣壓N₂氣），尤其是在恒壓法校準時還要連接活塞及配套電機，所以需要較大的外部安裝空間，這就與減小定容室的容積產生了矛盾，一般的做法是優化管道設計，減小連接管道的長度。根據實際設計和計算，這種情況下定容室容積最小只能設計到15mL左右，而且還不含與正壓漏孔的連接容積以及電容薄膜規自身的管道容積，不能滿足要求。為此，我們提出了如下的優化設計方法，其結構如圖2 所示：用不銹鋼制作外型為立方體的變容室主體，在變容室主體內部開一個截面直徑小于2mm 的圓柱體孔，將用于安裝壓力計、正壓漏孔和活塞的連接管道按設計需求焊接在變容室主體上，且連接管道與圓柱體孔內部連通，在電容薄膜規的管道及其它標準連接管道（內徑4.3 mm）中放置直徑4mm的實心不銹鋼圓柱體進一步降低管道容積。

1,10.螺母 2，9.標準管道 3.變容室主體 4.變容室內孔 5 活塞卡套接頭 6，8.內孔通道7.檔板

圖2 定容室結構

　　這種方法的優點是在有效增大變容室外面積的基礎上減小了變容室的內部容積，可以使正壓漏孔漏率的測量下限擴展到10^-7Pa·m³/s及以下，并且為正壓漏孔、壓力計、活塞及控制電機的安裝提供了充分的空間，提高了設計的靈活性。根據設計和理論計算，定容室的容積在6mL左右，再考慮到連接正壓漏孔時附加的1~2mL容積，這個容積值還是比較理想的。