定容法正壓漏孔校準裝置

2014-07-26 盧耀文 清華大學

  研制出定容法正壓漏孔校準裝置。采用滿量程分別為133 Pa( 差壓式) 、1. 33 × 105 Pa( 絕壓式) 的兩臺高精度電容薄膜真空計測量壓力變化,通過全金屬密封結構減小定容室漏放氣對測量結果的影響; 采用高精度半導體雙級恒溫系統獲得了296 ± 0. 02 K 的恒溫效果,減小溫度對漏孔漏率的影響; 通過三個不同的標準體積作為定容室,拓寬裝置的校準范圍。研究結果證實,研制的校準裝置僅采用定容法實現了3 × 10 -1 ~ 4 × 10 -8 Pa·m3 /s 的校準范圍,合成標準不確定度為1. 2% ~ 3.2%。

  正壓漏孔是向大氣壓環境下提供穩定氣體流量的裝置,常用于標定吸槍模式下工作的檢漏儀及其它正壓條件下的泄漏漏率,在航空航天、空調、電力、微電子、半導體等行業得到廣泛應用。為了保證正壓漏孔提供漏率數據的正確性,必須進行定期校準。

  正壓漏孔的校準方法通常有定容法、恒壓法、定量氣體動態比較法、光譜儀法等。定容法正壓漏孔校準裝置的特點是結構簡單、成本低,其校準范圍受溫度波動、定容室體積大小及參考標準等因素影響,一般為10 -1 ~ 5 × 10 -6 Pa·m3 /s; 恒壓法正壓漏孔校準裝置相對復雜、成本高,校準范圍一般為10 -5 ~ 10 -7 Pa·m3 /s; 定量氣體比較法采用質譜計作為比較器,通過配置標準氣體實現校準,其范圍一般為10 -6 ~ 10 -8 Pa·m3 /s 量級; 光譜儀法校準裝置采用紅外檢測技術測量累積室中泄漏氣體濃度變化得到泄漏漏率,主要用于校準制冷劑氣體的泄漏漏率,裝置的研制和運行成本比較高,校準范圍一般為1 ~ 50 g /y。

  目前,大多數應用領域所用正壓漏孔漏率范圍為10 -2 ~ 10 -7 Pa·m3 /s,中國只有蘭州物理研究所( LIP) 采用定容法和動態比較法實現了以上校準范圍。本文在參考國內正壓漏孔校準技術的基礎上,采用滿量程分別為133 Pa( 差壓式) 、1. 33 × 105 Pa( 絕壓式) 的兩臺高精度電容薄膜真空計測量定容室中氣體壓力變化,采用全金屬密封結構減小定容室的漏放氣,通過高精度半導體雙級恒溫系統減小溫度對漏孔漏率的影響,通過三個不同標準體積作為定容室拓寬校準范圍,僅用定容法實現3 × 10 -1~ 4 × 10 -8 Pa·m3 /s 的校準范圍,滿足大多數應用領域對正壓漏孔的校準需求。

  研制的正壓漏孔校準裝置,采用滿量程分別為133 Pa( 差壓式) 、1. 33 × 105 Pa( 絕壓式) 的兩臺高精度電容薄膜真空計測量定容室中氣體壓力變化,用全金屬密封結構減小定容室的漏放氣,設計的高精度半導體雙級恒溫系統將溫度恒定在296 ± 0. 02K,從而減小了溫度對漏孔漏率的影響,通過三個不同標準體積作為定容室拓展裝置的校準范圍。研究結果表明,僅采用定容法實現了3 × 10 -1 ~ 4 × 10 -8 Pa·m3 /s的校準范圍,合成標準不確定度為1. 2%~ 3. 2%,裝置具有成本低、范圍寬、效率高等優點,能滿足大多數正壓漏孔校準的需求。