定容式流導法微流量校準裝置

2009-07-31 張滌新 蘭州物理研究所

  在航天工程中要對衛星、火箭、飛船、地面設備等有密封要求的整體、分系統、零部件的泄漏狀況進行檢測,以保證其密封性能。

  空間環模設備、高能加速器、核輻射物理實驗裝置、等離子體物理實驗裝置、受控熱核反應裝置需要進行檢漏,如漏率超過允許范圍,則無法正常工作。

  在民用工業中,如電子工業中的半導體元件、集成電路,計算機芯片的生產工藝中,要對生產設備進行檢漏,以保證在真空條件下完成某些工藝過程。

  檢漏不僅要知道漏孔的位置,而且還要知道漏率的大小,采用真空漏孔標定檢漏儀,需要研制氣體微流量校準裝置[1~9],對真空漏孔進行校準[10~16],以滿足對微小流量的校準需求。

  為了解決微小流量的測量問題,研制了定容式流導法微流量校準裝置,在定容式流量計中采用多個定容室容積,壓力測量用電容薄膜規和磁懸浮轉子規,不僅拓寬了測量范圍,而且延伸了測量下限,可用于微小流量的測量。

1、校準裝置

1.1、校準裝置的組成

  圖1是定容式氣體微流量校準裝置,由定容式流量計、流量比較系統、真空抽氣系統、測量與控制系統四部分組成。

  定容式流量計由定容室、截止閥、針閥、電容薄膜規、磁懸浮轉子規、抽氣機組、供氣系統等組成。流量比校系統由上球室、下球室、小孔板、四極質譜計、磁懸浮轉子規、冷規等組成。

  定容式流量計和流導法用于產生(或測量)標準流量,可采用流量流入法、流量流出法和流量比較法對氣體微流量進行校準,如圖2所示。

1.2、流量比較系統

  流量比較系統采用了雙球形結構,球的直徑為φ350mm,可承受250℃的高溫烘烤,極限真空度為5× 10-8pa。在上球室與下球室之間有一個小孔板,小孔的直徑約11mm,對氮氣的流導約10L/s。上球室用于氣體流量的比較測量,也稱為流量比較室。在上球室接有真空規、四極質譜計、磁懸浮轉子規等,在下球室接有磁懸浮轉子規,真空系統壓力監測規等,也稱為抽氣室。

  流量比較法將待校流量和標準流量分別從上球室的頂部引入,通過一散流板使氣體分子散射后進入上球室中,通過小孔進入下球室被分子泵抽出,在上球室中產生的動態平衡壓力,可用真空規或四極質譜計測量,然后計算出待校流量。

1.3、真空抽氣系統

  真空抽氣系統由主抽分子泵,輔抽分子泵,濺射離子泵、干泵、閥門等組成,按無油超高真空抽氣系統設計。

  在抽氣系統的設計中,為了獲得較高的真空度,采用雙級分子泵串聯抽氣,可在上球室中獲得10-8pa極限真空度。

  定容式流量計的真空抽氣系統采用FB110分子泵作為主抽泵,日本真空株式會社生產的135L/min機械泵作為前級泵,用于定容室的抽氣,可獲得小于10-5pa的極限真空度。

  定容室與配氣系統相連接,可在定容室中充入所要求的壓力,向外提供標準流量。

1.4 、測量與控制系統

  根據定容式流量計和流導法的工作要求,測量與控制系統具有如下的功能。

  (1)按所需測量范圍選定工作后,測控過程實現了自動測量,自動存貯和處理測量數據,并給出測量結果。

  (2)采用頁標簽技術,簡單明了,易用易學,交互性好,實現了所見即所得。

  (3)將工作原理圖集成到操作軟件中,有利于真空系統的操作運行。

  (4)測控軟件采用模塊化的程序設計方法,層次分明、注釋完整、調試維護簡單,便于修改和進行二次開發;采用圖形化的編程方式,程

序按動畫運行,提供了動態曲線顯示界面和數顯界面,可滿足各種實驗和數據分析的需要。

  (5)利用32位的編譯器編譯生成"#位的可執行程序,保證了數據采集、測試和測量方案的高速執行;采用數字濾波技術,有效地避免數據采集錯誤;提供了DAQ、GPIB、PXI、RS-232/485在內的各種儀器通信總線標準的擴展接口,能夠滿足軟、硬件升級的需要。