正壓漏孔校準(zhǔn)裝置
正壓漏孔校準(zhǔn)裝置是校準(zhǔn)氣體漏率的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，可采用定容法和定量氣體動(dòng)態(tài)比較法對(duì)正壓漏孔進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)范圍為1×10 2 ~ 5×10 -5 Pa·L/s.
在航天產(chǎn)品研制和生產(chǎn)中，正壓檢漏技術(shù)已被廣泛地采用，最常用的是皂泡法和水泡法。由于對(duì)正壓檢漏的可靠性提出了更高的要求，需采用質(zhì)譜檢漏技術(shù)，因此要用正壓漏孔對(duì)質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行標(biāo)定，從而提出了正壓漏孔的校準(zhǔn)問題。
國內(nèi)外對(duì)真空漏孔（漏孔的一端為大氣壓，另一端為真空）的校準(zhǔn)技術(shù)研究得比較成熟，已經(jīng)研制了多種測(cè)量原理的校準(zhǔn)裝置，并在不同校準(zhǔn)裝置間進(jìn)行了比對(duì)研究。對(duì)于正壓漏孔的校準(zhǔn)，因?yàn)槭艿秸龎簷z漏定量性差和校準(zhǔn)條件比較苛刻的限制，研究工作只是剛剛開始。
通過對(duì)各種真空漏孔和正壓漏孔校準(zhǔn)方法的比較和分析，提出了正壓漏孔的校準(zhǔn)方法，并利用已建的氣體微流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和現(xiàn)有的儀器設(shè)備，對(duì)正壓漏孔的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在大量理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，研制了正壓漏孔校準(zhǔn)裝置。
1、校準(zhǔn)裝置
正壓漏孔是在給定溫度和入口壓力的條件下，正壓漏孔校準(zhǔn)裝置由定容法校準(zhǔn)系統(tǒng)和定量氣體動(dòng)態(tài)比較法校準(zhǔn)系統(tǒng)兩部分組成，如圖1 所示。
圖中，1，2 為氣瓶；3,4,7,11,15,19,21為截上閥；5為待校漏孔；6，8，13為絕對(duì)式電容規(guī)；9為三通閥；10為標(biāo)準(zhǔn)容積；12為定容室I;14為差壓式電容規(guī)；16為針閥，12為定容室Ⅰ"；14為差壓式電容規(guī)；16為針閥，17為定容室Ⅱ；18，28為插板閥；20為小孔；22,26為冷陰極規(guī)，23為四極質(zhì)譜計(jì)；24為質(zhì)譜分析室；25為限流孔；27為抽氣室；29為濺射離子泵；30，31，33為分子泵；32，34 為機(jī)械泵。
1.1 、定容法
在溫度恒定的條件下，用壓力p 和容積V 的乘積pV表示氣體量，這時(shí)漏孔漏率Q 就是pV 對(duì)時(shí)間t的全微分，即：
如果容積保持不變，則為定容法；如果壓力保持不變，則為恒壓法。對(duì)于校準(zhǔn)正壓漏孔來說，定容法與恒壓法相比，測(cè)量上限容易延伸；測(cè)量下限都受到溫度波動(dòng)的影響，基本相同。但恒壓法校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，技術(shù)難度較大，故正壓漏孔校準(zhǔn)一般采用定容法。
用定容法校準(zhǔn)正壓漏孔時(shí)，在定容室中充入1個(gè)大氣壓的空氣，在配氣系統(tǒng)中充入2個(gè)大氣壓的示漏氣體。將正壓漏孔的出口端與定容室相連接，入口端與配氣系統(tǒng)相連接。通過正壓漏孔把示漏氣體引入到定容室中，引起定容室中的壓力上升。在定容室容積不變的條件下，通過測(cè)量定容室中的壓力變化值和所用的時(shí)間，考慮到溫度的修正，可得到正壓漏孔的漏率：
式中Q 為正壓漏孔的漏率，Pa·L/s;V為定容室的容積,L;△p為定容室中的壓力變化值，Pa; △t為定容室中的壓力變化△p時(shí)所用的時(shí)間，s;Tr為參考溫度，296K;T為定容室中的氣體溫度，K。
當(dāng)測(cè)量較大的漏率時(shí)，由于定容室中壓力最大允許變化量△p為出口壓力的5%，即5kPa，從式（2）可知，這時(shí)要增加定容室的容積（10L ）和減少測(cè)量時(shí)間，以滿足定容室中的壓力變化量△p不超過出口壓力的5%。當(dāng)測(cè)量較小的漏率時(shí)，為了滿足定容室中的壓力變化量△p 和測(cè)量時(shí)間△t 不至于太長(zhǎng)，應(yīng)盡量減小定容室容積（3×10 -2L）。
根據(jù)100~5×10 -3Pa 漏率的校準(zhǔn)范圍，設(shè)計(jì)了4個(gè)容積不等的定容室。定容室中的壓力采用了美國MKS公司生產(chǎn)的電容薄膜規(guī)測(cè)量。當(dāng)測(cè)量的壓力變化范圍在100~5000 Pa時(shí)，用133kPa電容薄膜規(guī)測(cè)量；當(dāng)測(cè)量的壓力變化范圍在50~133Pa時(shí)，用133Pa差壓式電容薄膜規(guī)測(cè)量。
定容法的測(cè)量上限主要取決于定容室容積，10L(定容室Ⅱ的漏率測(cè)量上限可達(dá)100 PaL/s，能夠滿足對(duì)漏率較大的正壓漏孔的校準(zhǔn)。定容法的測(cè)量下限主要取決于溫度波動(dòng)，為5×10 -3 PaL/s。
1.2、定量氣體動(dòng)態(tài)比較法
利用定容法校準(zhǔn)較小漏率的正壓漏孔會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因?yàn)楫?dāng)正壓漏孔的漏率較小時(shí)，氣體流入定容室所引起的壓力變化非常慢，這就要增加測(cè)量時(shí)間△t，這時(shí)由溫度波動(dòng)引起的壓力變化量已大于氣體流入定容室中引起的壓力變化量，因此限制了定容法的校準(zhǔn)下限。為了解決較小漏率正壓漏孔的校準(zhǔn)問題，提出了用定量氣體動(dòng)態(tài)比較法校準(zhǔn)正壓漏孔，以延伸正壓漏孔的校準(zhǔn)下限。
定量氣體動(dòng)態(tài)比較法是在累積室中充入一個(gè)大氣壓的空氣，通過正壓漏孔把示漏氣體引入累積室中。經(jīng)過△t的累積時(shí)間，將累積室中的混合氣體膨脹到10L的定容室Ⅱ中時(shí)進(jìn)行壓力衰減，通過分子流動(dòng)態(tài)進(jìn)樣引入到質(zhì)譜分析室中，用四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)量示漏氣體的分壓強(qiáng)p1；再把標(biāo)準(zhǔn)壓力為ps 的示漏氣體用已知小容積配制成ps×V1 定量氣體，并與累積室中的一個(gè)大氣壓的空氣混合后膨脹到定容室Ⅱ中，通過分子流動(dòng)態(tài)進(jìn)樣引入到質(zhì)譜分析室中，用四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)量定量氣體的分壓力p2。通過比較兩次測(cè)得的示漏氣體分壓力，計(jì)算出正壓漏孔的漏率：
四極質(zhì)譜計(jì)實(shí)際測(cè)量的是示漏氣體的分壓力所對(duì)應(yīng)的離子流。設(shè)累積氣體中的示漏氣體所對(duì)應(yīng)的離子流為1L，定量氣體中的示漏氣體所對(duì)應(yīng)的離子流為IV。如果考慮到空氣中含有的示漏氣體成分和示漏氣體對(duì)正壓漏孔校準(zhǔn)系統(tǒng)的污染，用累積室配制一個(gè)大氣壓的空氣樣品，膨脹到10L 的定容室Ⅱ中，通過分子流動(dòng)態(tài)進(jìn)樣引入到質(zhì)譜室中，用四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)量對(duì)應(yīng)于示漏氣體的離子流為IA，由式（2）可得實(shí)際的漏率計(jì)算公式如下：
為了增加示漏氣體的濃度和減少示漏氣體的累積時(shí)間，必須盡量減小累積室容積。累積室容積由正壓漏孔的出口端與閥門11之間的小容積組成，小于10ml。
為了避免四極質(zhì)譜計(jì)線性誤差，通過調(diào)節(jié)示漏氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力ps，或選用1ml 或10ml的定量容積進(jìn)行配氣，使得兩次測(cè)量的示漏氣體離子流IA與IL盡量地接近。示漏氣體的標(biāo)準(zhǔn)壓力調(diào)節(jié)范圍為1.33×10 3~10 Pa，可用滿量程13.3kPa 電容薄膜規(guī)測(cè)量。氣體累積時(shí)間△t為100~10 000，校準(zhǔn)范圍為2×10 -2~5×10 -5 PaL/s。
