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常見問題

FREQUENTLY ASKED QUESTIONS

1. 真空計的種類一:Pirani(皮拉尼或電阻)真空計

低溫的氣體分子碰撞高溫固體時,會從固體奪取熱量。通過被氣體分子奪取的熱量來計算壓力的真空計被成為熱傳導真空計。熱傳導真空計主要被應用于中低真空領域。代表性的熱傳導真空計包括Pirani真空計和熱電偶真空計。

    原理
    金屬圓筒內部設有一白金細線,兩端連接電極。通過電極給白金細線提供電流時,白金細線會發熱,氣體分子碰撞白金細線或熱輻射或通過固體熱傳導等方式,白金線的熱量會被奪走。單位時間內以上三種方式奪走的熱量為Qg,Qr,Qs,則平衡狀態下時以下公式成立  
        
 = 2 = g + r + 
s (1) 
    
Q是單位時間細線放出的熱量,R是細線的電阻,I是細線的電流。

    氣體的平均自由行程比細線的直徑大很多時,Qg通過自由分子的熱傳導被表示為
        g = αΛπda(T-T0) (2)

     TT0分別為細線和金屬圓筒的溫度,P為氣體壓力,a是細線長度。 剩下的QsQr可以分別表示如下
        s = κ(T-T0)/ (3)

        r = πdaσε(4-T04) (4)

    (3)是電極的熱傳導,其中S是細線的斷面積是固體的傳導率,L是電極的長度。(4)式代表熱輻射ε分別被稱為常數和固體輻射率。如果保持TT0一定,(3)(4)式為常數。如果用I02R表示一定量的固體熱傳導和熱輻射,則式1可以表示為
       2 = Ap  I02 (5)

        = αΛπda(T-T0) (6)

     I0是壓力為0的時候細線的電流是彌補固體熱傳導和熱輻射而帶來的熱量損失。A式是不依存壓力的定數

    如果已知細線的電阻R,電流I0及定數A,則可以通過(5)式求得壓力P。

2. 真空計的種類二:熱電偶真空計

Pirani真空計一樣,熱電偶真空計也是利用氣體分子的熱傳導現象,因為價格低廉,被廣泛應用到中真空領域。

構造和原理

    熱電偶接在白金或鎢的細線上。這段細線通過電流后會發熱。發出的熱量通過周圍氣體分子的熱傳導,或細線本身的固體熱傳導,或熱輻射放出。利用氣體分子承擔的熱傳導量與壓力成正比的特點是此真空計的原理。  

    
如果保持細線的發熱量即保持一定的電流,則周圍壓力高的時候氣體奪走的熱量較多,致使細線的溫度較低。反過來周圍壓力低的時候細線的溫度會升高。這種溫度的變化通過熱電偶檢測出來,將熱電偶的起電力換成壓力之后即可知真空腔內的壓力。

特征

    利用氣體分子的熱傳導現象,可能測量的壓力范圍在1~300Pa之間。熱電偶真空計測得細線溫度同時,也受到細線本身的固體熱傳導和熱輻射放熱的影響。因此精度不高。但是電路簡單,價格低廉

    另外此真空計在大氣壓狀態下也不會燒損。而且測得的壓力值通過電信號被取出,因此在自動控制方面容易控制。

3. 真空計種類三: Penning(潘寧)真空計

Penning真空計是利用真空中的放電現象,測量中高真空領域的溫度計,測量性穩定,耐用性久為其特點。

構造原理

   讓真空中的殘留氣體電離,通過測量電離生成的離子或電子的電流而得出氣體的壓力,這種真空計被稱為電離真空計。電離真空計讓有幾十eV的電子碰撞氣體分子使其電離。電子的產生方式有兩種:一種是加熱金屬絲放出熱電子(熱陰極),另一種方式是利用等離子體(冷陰極)Penning真空計是冷陰極電離真空計的一種。


    Penning真空計利用Penning放電現象。一般而言,冷陰極放出的電子比熱陰極少。單純在陰陽兩極間加電壓,如果壓力低于0.1Pa則不會持續放電。為了增加電子飛行距離,從外部加磁場,這樣可使在更低的壓力下也可放電。

  檢測部如圖所示,主要構造為圓筒形(或園環形)陽極。圓板狀的陰極和永久磁鐵構成。磁力線和電極的中心軸平行設置。陽極電壓2~3kV,磁場強度約1000G

   從陰極放出的電子受洛侖茲力而做螺旋運動。同時,軸方向的空間電壓如圖C所示。電子被控制在勢井內,于兩側的陰極之間做往返運動。實際上的電子運動要比這種估算復雜得多。但是,螺旋運動和往返運動使得電子的飛行距離大幅度增長。電子最終會被陽極捕捉,但是在被捕捉之前多次和氣體分子碰撞,在兩陰極之間產生等離子體狀態。等離子體中的電子和陽極放出的電子一樣會做螺旋運動和往返運動,但離子因為質量較大,螺旋運動半徑較大,而且在高電位空間產生,短時間內被陰極捕捉。
  
  
 Penning放電可在0.1Pa的壓力下發生。假設電子的數量和氣體壓力無關,在陰極被捕捉到的離子數量(單位時間發生電離的次數=電流),則與壓力及氣體分子的電離斷面積成正比例。如果知道離子電流和壓力的比例系數,則可知道壓力值。電離斷面積依氣體分子而變化,比例系數也會因氣體分子而變。市場上的真空計一般以干燥空氣或氮氣為標準測出比例系數。

特征用途

    Penning真空計測量性能穩定,可測量高真空領域的電流。因為是冷陰極方式,不必擔心電極的燒損問題。缺點是放電穩定性有一定不足。另外從陰極放出的電子量受表面污染影響嚴重。

    根據以上特點,此真空計適合不想頻繁更換真空計的高真空領域設備上,同時因為此真空計本身有較強的磁場,要考慮其安裝在設備上的位置。

4. 真空計的種類四:電離真空計

電離真空計是通過使氣體分子電離,測量離子數量而得出壓力的真空計,被用于高真空至超高真空領域,定量性能優異。 

構造原理

   和先前所講的冷陰極型Penning真空計不同,熱陰極電離真空計中使氣體電離的電子,是通過加熱電熱絲來獲得。準確來講應稱之為熱陰極型電離真空計,但平時多被直接簡單稱為電離真空計。
 
  電離真空計的基本構造為電熱絲(F),加速和捕捉電子的陽極網(G),捕捉離子的集電器(C)而構成

 
  電熱絲和陽離子集電器之間如果有氣體分子,往返運動的電子會與其碰撞而產生陽離子和電子,生成的電子同樣做往返運動最終被陽極網捕捉。而在陽極網和陽離子集電器之間生成的陽離子則被陽離子集電器捕捉。陽離子集電器的捕捉效率為a,電子使氣體分子電離的幾率為σ,氣體分子密度為n,電熱絲放出的熱電子的電流為Ie,電子被陽極網捕捉前飛行的平均距離為L,陽離子集電器檢測出的電流為Ii,

  Ii = σLa      (1)

    L,a,σ 是常數。如果控制Ie為一定值,Iin成正比例。假設氣體是理想氣體,通過方程式p=nkT,則可知IiP成正比例。也就是所測得離子電流就可知氣體壓力。

  Ii = SIp    (2)

     S被稱為電離真空計系數或感度,其值通常由實驗而定。一般的電離真空計,S值大約為0.1~0.3/Pa

5. 真空系統選擇

真空范圍

真空度

工藝

真空系統

低真空

105102Pa


*真空輸運
*
潔凈室
*
打印機自動進紙
*
真空濃縮罐*真空濃縮(干燥)
*
真空包裝


*干式旋片泵系統
*
油封旋片泵系統
*
水封泵系統
*
柱塞泵系統
*
干式真空泵系統

中真空

102~10-1Pa

*真空充氣裝置
*
真空干燥
*
真空除氣
*
真空蒸餾
*
真空熱處理*真空爐
*
真空冷凍干燥

*多級旋片泵系統
*
羅茨泵系統
*
柱塞泵系統
*
擴散泵系統
*
干式真空泵系統
*
吸附泵系統

高真空

10-1~10-5pa

*真空鍍膜
*
真空冷凍干燥*真空蒸餾
*
真空氣體置換*真空密封
*
真空焊接
*
離子注入

*擴散泵系統
*
渦輪分子泵系統
*
吸附泵系統
*
低溫泵系統
*
離子泵系統

超高真空

<10-5Pa


*電子顯微鏡*等離子體發生器
*
表面研究
*
材料分析
*
原子核研究
*
離子加速器
*
物理學研究

*渦輪分子泵系統
*
低溫泵系統
*
吸附泵
*
渦輪分子泵系統
*
低溫泵系統
*
離子泵系統

6. 真空常用名詞術語

1、真空的定義

  真空系統指低于該地區大氣壓的稀簿氣體狀態

  2、真空度

  處于真空狀態下的氣體稀簿程度,通常用“真空度高”和“真空度低”來表示。真空度高表示真空度“好”的意思,真空度低表示真空度“差”的意思。

  3、真空度單位

  通常用托(Torr)為單位,近年國際上取用帕(Pa)作為單位。

  1托=1/760大氣壓=1毫米汞柱

  4、托與帕的轉換

  1托=133.322帕 或 1帕=7.5×10-3托

  5、平均自由程

  作無規則熱運動的氣體粒子,相繼兩次碰撞所飛越的平均距離,用符號“λ”表示。

  6、流量

  單位時間流過任意截面的氣體量,符號用“Q”表示,單位為帕·升/秒(Pa·L/s)或托·升/秒(Torr·L/s)。

  7、流導

  表示真空管道通過氣體的能力。單位為升/秒(L/s),在穩定狀態下,管道流導等于管道流量除以管道兩端壓強差。符號記作“U”。  U=Q/(P2- P1)

  8、壓力或壓強

  氣體分子作用于容器壁的單位面積上的力,用“P”表示。

  9、標準大氣壓

  壓強為每平方厘米101325達因的氣壓,符號:(Atm)。

  10、極限真空

  真空容器經充分抽氣后,穩定在某一真空度,此真空度稱為極限真空。通常真空容器須經12小時煉氣,再經12小時抽真空,最后一個小時每隔10分鐘測量一次,取其10次的平均值為極限真空值。

  11、抽氣速率

  在一定的壓強和溫度下,單位時間內由泵進氣口處抽走的氣體稱為抽氣速率,簡稱抽速。即Sp=Q/(P-P0)

  12、熱偶真空計

  利用熱電偶的電勢與加熱元件的溫度有關,元件的溫度又與氣體的熱傳導有關的原理來測量真空度的真空計。

  13、電離真空計(又收熱陰極電離計)

  由筒狀收集極,柵網和位于柵網中心的燈絲構成,筒狀收集極在柵網外面。熱陰極發射電子電離氣體分子,離子被收集極收集,根據收集的離子流大小來測量氣體壓強的真空計。

  14、復合真空計

  由兩種或兩種以上真空計組成,可實現自動轉換、自動換檔。

  15、冷陰極電離計

  陽極筒的兩端有一對陰極板,在外加磁場作用,陽極筒內形成潘寧放電產生離子,根據陰極板收集的離子流的大小來測定氣體壓強的真空計。

  16、電阻真空計

  利用加熱元件的電阻與溫度有關,元件的溫度又與氣體傳導有關的原理,通過電橋電路來測量真空度的真空計。

  17、麥克勞真空計(壓縮式真空計)

  將待測的氣體用汞(或油)壓縮到一極小體積,然后比較開管和閉管的液柱差,利用玻義爾定律直接算出氣體壓強的一種絕對真空計。

  18、B-A規

  這是一種陰極與收集極倒置的熱陰極電離規。收集極是一根細絲,放在柵網中心,燈絲放在柵網外面,因而減少軟X射線影響,延伸測量下限,可測超高真空。

  19、水環真空泵

  泵的葉輪轉子旋轉而產生水環。由于轉子偏心旋轉而使水環與葉片間容積發生周期性改變而進行抽氣的機械真空泵。

  20、往復真空泵

  利用活塞的往復運動而進行抽氣的機械真空泵。

  21、油封機械真空泵

  用油來保持密封的機械真空泵,可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式等。

  22、羅茨真空泵

  具有一對同步高速旋轉的鞋底形轉子的機械真空泵,此泵不可以單獨抽氣,前級需配油封、水環等可直排大氣的真空泵。

  23、渦輪分子真空泵

  有一高速旋轉的葉輪,當氣體分子與高速旋轉的渦輪葉片相碰撞時就被驅向出氣口再由前級泵抽除。

  24、油擴散真空泵

  擴散泵噴口中噴出高速蒸汽流。在分子流條件下,氣體分子不斷地向蒸流中擴散,并被蒸汽帶向泵出口處逐級被壓縮后再由前級泵排除。

  25、低溫真空泵

  利用20K以下的低溫表面凝聚吸附氣體的真空泵。

  26、冷阱(水冷擋板)

  置于真空容器和泵之間,用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置。

  27、氣鎮閥

  油封機械真空泵的壓縮室上開一小孔,并裝上調節閥,當打開閥并調節入氣量,轉子轉到某一位置,空氣就通過此孔摻入壓縮室以降低壓縮比,從而使大部分蒸汽不致凝結而和摻入的氣體一起被排除泵外起此作用的閥門稱為氣鎮閥。

  28、真空冷凍干燥

  真空冷凍干燥,也稱升華干燥。其原理是將材料冷凍,使其含有的水份變成冰塊,然后在真空下使冰升華而達到干燥目的。

  29、真空蒸鍍

  在真空環境中,將材料加熱并鍍到基片上稱為真空蒸鍍,或叫真空鍍膜。

  30、真空干燥

  利用真空環境下沸點低的特點來干燥物品的方法。

  31、真空系統常用名稱

  (1)主泵:在真空系統中,用于獲得所需要真空度來滿足特定工藝要求的真空泵,如真空鍍膜機中的油擴散泵就是主泵。

  (2)前級泵:用于維持某一真空泵前級壓強低于其臨界前級壓強的真空泵。如羅茨泵前配置的旋片或滑閥泵就是前級泵。

  (3)粗抽泵:從大氣壓下開始抽氣,并將系統壓力抽到另一真空泵開始工作的真空泵。如真空鍍膜機中的滑閥泵,就是粗油泵。

      (4)維持泵:在真空系統中,氣量很小時,不能有效地利用前級泵。為此配置一種容量較小的輔助泵來維持主泵工作,此泵叫維持泵。如擴散泵出口處配一臺小型旋片泵,就是維持泵。

7. 真空應用系統的幾個問題

1.真空元件,如閥門、進氣管路、真空泵等相互連接時,應盡量做到抽氣管路短,管道直徑盡量不低于主泵入口直徑,并且管路中盡量少用彎頭尤其是直角彎頭。這是真空系統使用的一條重要原則。

2.真空系統的結構材料應盡量采用國家標準中的無縫鋼管和板材,并盡量減少焊縫數目,用于焊接的鋼材一般為20 鋼或者Q235-A.F 鋼(A3 鋼)。尤其需要注意的是:接入真空系統的管路應當清理干凈,并且接入的管路壁厚不應當過薄,過薄的管路在粗真空條件下進行抽氣作業時會產生較強的共振。

3.真空系統操作規則:
       a. 
起動機械泵時,首先要保證轉子運動方向正確,而且油位合乎要求。

 b. 油封機械泵停止后,立即將機械泵入口通大氣。因泵內真空會使泵油進入系統中。
       c. 盡量不要用機械泵把高真空室直接抽至低于10Pa0.1Torr)壓強,否則機械泵的油蒸氣會進入高真空室。因為在壓強低于10Pa 時,會出現分子性氣流,油分子將會返流到真空室而造成污染。如果一定要抽到10Pa 以下,則應當設置油分子捕集器。
       d. 不應當使機械泵在大氣壓強下或者較高壓強下連續長時間工作,否則電機會過熱,而且泵會噴出油霧。
       e. 在擴散泵(或油增壓泵)通大氣之前,應將泵油冷卻到安全溫度,防止高溫下的泵油氧化。
       f. 使用電離計時,應當在壓強達到0.1 Pa 以下時再起動電離真空計,以防止電離計燒毀。
       g. 高真空系統系統需要停止使用時,盡量將真空室及主泵在真空狀態下封存,以縮短下一次使用時的抽氣時間。
       h. 系統冷卻水壓力一般大于公斤且小于2.5 公斤,過低的壓力會造成冷卻水流通不暢,過高的壓力會導致漏水或泵水隔套被壓破等故障。泵內的油在添加時一定要使用1#真空油。

8. 真空計量的現狀及發展趨勢

來源:國防科工委 真空計量一級站

1、引言

 真空計量要滿足在真空應用中量大面廣的實際需要,解決其真空測量和校準問題,可以為真空應用提供計量服務和技術保障。正是真空應用對真空計量不斷增長的需要和越來越高的要求,促進了真空計量學的發展,使真空計量的研究領域不斷擴充,量程不斷延伸,精度不斷提高。真空計量已成為計量學一個新的獨立分支,在國際上得到了承認。

 真空計量中三個基本物理量是真空度(全壓力p和分壓力pi)、氣體微流量(Q)和抽速(S)。真空計量的主要研究內容為:(1)真空度(全壓力)的測量與校準;(2)真空質譜分析、分壓力的測量與校準;(3)氣體微流量(或漏率)的測量與校準;(4)真空泵的抽速測量。

 真空計量學是有關真空測量和校準的知識領域,包括理論和實踐的各個方面。在計量學中,計量標準不是一臺臺孤立的儀器和設備,而是一個個完整的、統一的、有機的體系。建立國家級計量標準,要求不同區域(或不同實驗室)相同類型(或不同類型)的計量標準之間以相互標準作為基礎。

 在國際上,許多國家建立了真空計量中心,建立了國家級真空計量標準,形成了真空量值傳遞系統。真空計量標準的國際化比對,是真空計量學發展的重要階段,是真空量值統一的中心工作。國際標準化組織(ISO)設立的真空科學技術委員會(TC)頒布了一系列有關真空計量方面的國際標準和國家標準文件,促進了在國際范圍內真空量值的統一。[1]

 1980年以來,在國際計量局(BIPM)組織下,在世界范圍內開展了統一真空度量值的工作,歷時近10年,12個國家級真空標準參加了以德國PTB真空標準為核心的國際比對。1987~1989我站參加了這一國際比對,比對結果一致性小于1.5%,優于12個國際比對 2%的平均值。 此后,我站還與意大利 IMGC、美國NIST 等進行了多次真空量值的直接或間接比對,均取得了良好的一致性。

 1990年以來,真空計量的研究重點放在了氣體微流量和分壓力的測量與校準上,建立了相應的計量標準, 開展了國際間真空漏孔的比對工作。 1980~1999年,我站與國家計量研究院先后進行了三輪真空漏孔的國內比對, 取得了較好的結果,具備了開展國際比對的條件。我站正在與美國NIST進行標準漏孔的國際比對, 與國際上統一漏率量值, 以保證漏率量值的校準精度。

 目前,我站已建立了較完整的真空度(全壓力)、分壓力和氣體微流量(或漏率)的計量標準體系, 建成了國防真空校準實驗室, 基本上滿足了真空應用對真空計量的需求。

2、真空度(全壓力)測量與校準

 在真空計量中, 真空度(全壓力)測量與校準占有十分重要的地位,它是分壓力、氣體微流量(或漏率)計量的基礎, 技術上相對比較成熟, 在真空應用中占有較大的比重。

  2.1、真空度(全壓力)測量

 在真空度測量方面, 目前,已有從105Pa壓力到極高真空(10-11Pa)的各種真空計,有工業化的產品。當今, 根據真空應用中對真空計使用要求,國際上真空計的新產品正在向小型化、一體化、集成化、系統化和智能化的方向發展。小型化是指真空計的體積越來越小;一體化是指真空計測量單元與規管集成為一體;集成化是指將多臺真空計組合成一臺; 系統化是指將真空度測量與控制相結合; 智能化是指真空計具有自我診斷、 自我保護、 自動操作、 數據采集與處理的綜合功能。

 真空計小型化是電子技術的產物, 它是一體化和集成化的基礎。小型化使真空計便于安裝;一體化提高了真空計的測量精度;集成化擴展了真空計的測量范圍,適合于真空系統中的實際應用;系統化滿足了工業自動化控制的要求;智能化使真空計便于操作和使用。真空計的這些特點和發展趨勢值得關注。

2.2、真空度(全壓力)校準

 在真空度的校準方面,從粗低真空、中真空到高真空等區域內的絕對真空標準裝置都已經建立;具有可從105Pa壓力到極高真空(10-10Pa)校準的各種真空計,開展了國家級真空計量標準之間的直接和間接。

 20世紀60年代是真空度標準發展時期, 各國相繼建立了許多不同類型的真空度標準,初步開展了在一國之內的真空標準之間的互校,逐步建成了國家級真空度標準和形成了國家真空計量中心。20世紀70年代是真空度標準深入發展時期,從實踐和理論兩個方面對真空標準的測量不確定度進行了仔細地探討,繼續開展了一國之內的真空度標準的互校,逐步開展了國際間真空度標準的比對工作。20世紀80年代以后,通過開展國際間真空度標準的比對,不斷完善和提高已有真空標準的測量精度。延伸了真空校準下限,建立了超高和極高真空校準裝置。如德國PTB建立了分子束法校準系統, 校準下限為10-10Pa [2]

 在國內,真空計量技術與國際上同步發展。20世紀60年代,我站開始研制從低真空到超高真空較完整的玻璃真空標準裝置系列,即壓縮式真空計標準裝置、低真空膨脹式標準裝置、高真空膨脹式標準裝置、小孔疏導法超高真空標準裝置, 為真空計量一級站的發展奠定了基礎。

 自從1983年國防科工委組建國防計量體系以來,國防真空計量技術加速發展,也是我站發展最迅速的一個時期。通過七五” 八五九五” 3個五年計劃的建設發展,我站已研制建立了精密壓力計、金屬膨脹式真空計量標準、程控式真空規校準裝置、真空規比對法校準裝置等真空標準裝置,形成了全壓力真空計量標準的體系,可在 105~10-7Pa真空度范圍內對各種類型的真空計進行校準。

 我站十分重視國防真空計量體系的建設,形成了真空量值的傳遞網,由國防科工委真空計量一級站、2個真空計量二級站組成的較完整的國防真空計量量值傳遞體系,使真空量值的傳遞渠道暢通,保證了真空量值的準確與統一。

 為了延伸真空的校準下限,需要開展超高、極高真空校準技術的研究,使真空校準下限達到 10-10Pa,以滿足超高和極高真空校準需求。

3、氣體微流量(或漏率)測量與校準

 隨著真空計量向準確、精密和更深層次的發展,提出了氣體微流量(或漏率)的測量與校準,建立氣體微流量(或漏率)計量標準,已成為真空計量學研究的重要內容。

 在實際應用中, 精確測量氣體微流量(或漏率)和建立氣體微流量(或漏率)計量標準是十分重要的。例如, 為了保持飛船艙內的壓力長期工作正常,不但要找到漏孔位置,還要精確測量微小的漏率,這對于長期在空間飛行的載人飛船尤為重要。火箭燃料是易燃、易爆、有毒的氣體或液體,微小的泄漏具有很大的危險性,為此要對火箭燃料的加注過程和發射陣地進行安全檢測。在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, 要求精確控制氣體微流量的注入,以保證工藝質量和產品性能的穩定。

 國內外對氣體微流量(或漏率)測量與校準的研究,雖然起步較晚,但是隨著理論研究的深入和實踐經驗的積累,使之氣體微流量(或漏率)測量與校準的難度和存在的問題有了更具體和更深刻的認識。近年來又投入了更大的人力和財力,從事更先進的氣體微流量標準的研制,進一步提高了校準精度,延伸了校準的下限。

3.1  真空漏孔校準

 近十多年來, 國內外在真空漏孔的校準方面做了大量的研究工作, 建立了一系列的氣體微流量標準,對真空漏孔進行了校準。美國國家標準技術研究院NIST先后研制了二代恒壓式微流量標準,校準范圍2×10 -3~2×10-8Pa·m3/s,并正在準備研制第三代氣體微流量標準。德國物理技術研究院(PTB)先后研制了恒壓式和定容式氣體微流量標準,校準范圍分別為2×10-3~2×10-9Pa·m3/s1×10-4~1×10-8Pa·m3/s。意大利計量研究院(IMGC)先后研制了二代恒壓式氣體微流量標準,校準范圍3×10 -5~3×10-8Pa·m3/s1998年,中國計量研究院研制了定容式流量標準, 校準范圍2×10-4~5×10-9Pa·m3/s1994年,我站建成一臺恒壓式氣體微流量標準裝置, 校準范圍1×10 -3~×10-8[3]

 但是, 質譜檢漏儀使用的真空漏孔大多在2×10-3~2×10-11Pa·m3/s漏率范圍內,氣體微流量標準只能校準漏率值較大的真空漏孔,無法校準漏率值小于1×10-8Pa·m3/s的漏孔。若采用相對法校準真空漏孔時,校準結果則取決于四極質譜計的線性,因為四極質譜計的線性較差,使得校準真空漏孔的不確定度非常大。

 通過對氣體微流量(或漏率)校準技術研究,可以得出解決較小漏率的真空漏孔校準問題和減小測量不確定度,才能滿足對真空漏孔精確校準的需求。

3.2 、正壓漏孔校準

 在航天產品研制和生產中,正壓檢漏技術已被廣泛地采用,最常用的是皂泡法和水泡法。由于對正壓檢漏的可靠性提出了更高的要求, 采用了質譜檢漏技術,要用正壓漏孔對質譜檢漏儀進行標定,從而提出了正壓漏孔的校準問題。國內外對真空漏孔,漏孔的一端為大氣壓, 另一端為真空的校準技術研究比較成熟,已經研制了多種校準裝置, 并在不同標準裝置間進行了比對研究。但是對于正壓漏孔的校準,因受到正壓檢漏定量性差和校準條件比較苛刻的局限,使之研究工作才剛剛開始。通過對各種真空漏孔和正壓漏孔的校準方法進行了比較和分析,提出了正壓漏孔的校準方法;利用已建成的氣體微流量標準裝置和現有的儀器設備,對正壓漏孔的校準方法進行了實驗研究。在大量的理論分析和實驗研究的基礎上,研制了正壓漏孔校準裝置。正壓漏孔校準裝置可采用定容法和定量氣體動態比較法對正壓漏孔進行校準。定容法的校準范圍為1×102~5× 10-3Pa·L/s,測量中的不確定度為2.58%~9.10%:定量氣體動態比較法的校準范圍為2×10-2~5×10-3Pa·L/s,測量不確定度小于14.2%

 在正壓漏孔校準中采用了定量氣體法,解決了累積氣體中未知示漏氣體的定標問題,并延伸校準下限二個數量級, 解決了較小漏率的正壓漏孔的校準問題。

9. 真空計的壓力測量范圍和特點以及真空計選用原則

真空計測量范圍

   壓力測量中,除極少數直接測量外,絕大多數是間接測量。就是先在被測氣體中引起一定的物理現象,然后再測量這一過程中與壓力有關的物理量,進而設法確定壓力值。這是真空測量的特點,亦會造成某些問題。
          
任何具體物理現象與壓力的關系,都是在某一壓力范圍內才最顯著,超出這個范圍,關系變得弱了。因此,任何方法都有其一定的測量范圍,這個范圍就是真空計的量程。盡可能擴展每一種方法的量程,是真空科學研究的重要內容之一。近代真空技術所涉及到的壓力范圍寬達19個數級(10510-14pa),沒有任何一種真空計能測量如此寬的壓力范圍,因此總是用幾種真空計分別管轄一定的區域。但由于各種真空計在原理上的差異.在相互銜接的區域,往往要造成較大的誤差。
          
在被測空間引起一定物理現象,還會出現這樣的問題,即從測量的角度出發,本需要一種單純的物理現象,但有時卻不可避免地帶來一系列寄生現象,這些寄生現象不但給測量量帶來誤差,有時還會喧賓奪主,完全把主要現象掩蓋住了。
          
由上觀之,為改善真空計性能及提高真空測量準確度,必須突出主要現象,抑制寄生現象。表1給出一些真空計的壓力測量范圍。


1  一些真空計的壓力測量范圍


真空計名稱

測量范圍(Pa)

真空計名稱

測量范圍(Pa)

水銀U型管

10510

高真空電離真空計

10-110-5

U型管

1041

高壓力電離真空計

10210-4

光干涉油微壓計

110-2

B-A

10-110-8

壓縮式真空計(一般型)

10-110-3

寬量程電離真空計

1010-8

壓縮式真空計(特殊型)

10-110-5

放射性電離真空計

10510-1

彈性變形真空計

105102

冷陰極磁放電真空計

110-5

薄膜真空計

10510-2

磁控管型電離真空計

10-210-11

振膜真空計

10510-2

熱輻射真空計

10-110-5

熱傳導真空計(一般型)

10210-1

分壓力真空計

10-110-14

熱傳導真空計(對流型)

10510-1

 

 

 

真空測量特點

(1)測量壓力范圍寬,105lO-14Pa
        (2)
大部分真空計是間接測量,只有壓力為105lOPa時,可直接測單位面積所受的力。但大多數真空測量的壓力遠比上述為小,不能直接測量,應利用低壓下氣體的某些特性(如熱傳導、粘滯性和電離等)進行間接測量。
        (3)
多采用非電量電測技術。
        (4)
大部分真空計的讀數與氣體種類和成分有關。所以測量時要特別注意被測量氣體種類和成分.否則會造成很大誤差。
        (5)
測量精度不高。


選擇真空計原則
    (1)
在要求的壓力區域內有要求的精度。
    (2)
被測氣體是否會損傷真空計;真空計可否會給被測氣體狀態帶來影響。
    (3)
能測全壓力嗎?可校準嗎?靈敏度與氣體種類有關否。
    (4)
可否連續指示、電氣指示以及反應時間長短。
    (5)
穩定性、復現性、可靠性和壽命如何。
    (6)
還要看真空計的安裝方法、操作性能、保修、管理、市場有無銷售、購買的難易程度和規格如何。
    
除上述應考慮的問題外,還要查閱參考書、樣本或直接向生產工廠詢問。

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