Pa量級的真空分壓力校準裝置及校準系數獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于真空計量技術保障領域，尤其涉及一種10 9Pa量級的真空分壓力校準 裝置及校準系數獲取方法。
【背景技術】
[0002] 分壓力質譜計廣泛應用于工業(yè)生產各個領域，其分壓力測量下限大多為10 9Pa。分 壓力質譜計的校準是真空計量領域的一個重要研究方向。文獻"李得天，李正海，馮焱， 張滌新，張建軍，許珩，龔月莉，李莉.分壓強質譜計校準裝置的研制.真空科學與技 術，2001. "介紹了目前我國唯一在用分壓力質譜計校準裝置。
[0003] 該校準裝置采用兩種方法實現分壓力質譜計的校準。一種是：利用磁懸浮轉子 真空計測量校準室內標準分壓力的前級壓力，與被校分壓力質譜計直接進行比對，即利用 直接比對法實現分壓力質譜計在10 4Pa~10 1Pa壓力范圍內的校準，如圖1所示。另一 種是利用磁懸浮轉子真空計測量上游室的壓力，通過小孔將上游室的壓力衰減后引入校準 室，只要獲知小孔的壓力衰減比，即能得到校準室的標準分壓力，從而實現分壓力質譜計在 10 6Pa~10 4Pa壓力范圍內的校準，如圖2所示。
[0004] 這種系統(tǒng)的不足之處是受校準方法限制，校準范圍局限于10 6Pa~10 1Pa,目前空 間應用的分壓力質譜計的測量下限已經達到10 9Pa量級，該系統(tǒng)無法實現10 9Pa量級的分 壓力質譜計的準確校準；目前也尚未發(fā)現有其他的系統(tǒng)或方法能夠達到10 9Pa量級的準確 校準。另外，該系統(tǒng)使用磁懸浮轉子真空計作為參考標準，用于測量前級壓力，不確定度大 于1%，不確定度較大。

【發(fā)明內容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種10 9Pa量級的真空分壓力校準裝置及校準系數 獲取方法，能夠實現10 9Pa量級的分壓力質譜計的校準。
[0006] 本發(fā)明的10 9Pa量級的真空分壓力校準裝置，其包括：微調閥、氣源、配樣室、八個 閥門、取樣室、輔助膨脹室、復合真空計、小孔、校準室、活塞壓力計、進樣室和被校分壓力質 譜計、分離真空計；外圍設備為抽氣系統(tǒng)。
[0007] 配樣室通過微調閥與氣源連接，通過第一閥門與取樣室連接；取樣室通過第二閥 門與進樣室連接，通過第七閥門與活塞壓力計連接；進樣室通過第三閥門與輔助膨脹室連 接，通過第四閥門與復合真空計連接，且連接小孔后通過第五閥門與校準室連接；校準室通 過第八閥門與被校分壓力質譜計連接，通過第六閥門與分離真空計連接；且真空分壓力校 準裝置的管路與抽氣系統(tǒng)連接。
[0008] 進一步的，所述微調閥為超高真空全金屬微調閥。
[0009] 進一步的，所述氣源為多個單一氣體氣源或已知組分的混合氣體。
[0010] 進一步的，所述配樣室為不銹鋼球形結構，容積為10L。
[0011] 進一步的，所述八個閥門均為超高真空全金屬球閥。
[0012] 進一步的，所述取樣室、輔助膨脹室、進樣室均為不銹鋼球形結構。
[0013] 進一步的，所述進樣室與輔助膨脹室容積比為10。
[0014] 進一步的，所述小孔的壓力衰減比為1/1000。
[0015] 進一步的，配樣室、進樣室、校準室通過三套不同的抽氣系統(tǒng)抽真空。
[0016] 本發(fā)明還提供一種10 9Pa量級的真空分壓力校準裝置的校準系數獲取方法，其包 括以下步驟：
[0017] 步驟1，測量取樣室和進樣室的容積H
.
[0018] 步驟2,抽除真空分壓力校準裝置內及其管路中的氣體，并關閉微調閥、第一閥門、 第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門、第六閥門、第七閥門和第八閥門；
[0019] 步驟3,打開微調閥和第一閥門，將氣源中的氣體通過配樣室引入到取樣室中，待 壓力穩(wěn)定后關閉第一閥門，然后打開第七閥門，由活塞壓力計測量取樣室中充入氣體的壓 力P ;
[0020] 步驟4,打開第二閥門，將取樣室中氣體膨脹到進樣室中，待壓力穩(wěn)定后關閉第二 閥門，因V w >>VW，則進樣室氣體壓力為
[0021] 步驟5,打開第三閥門，將氣體膨脹到輔助膨脹室中，待壓力穩(wěn)定后，打開第四閥 門，讀取復合真空計的氣體壓力，根據該氣體壓力判斷進樣室內的氣體壓力是否滿足校準 需求，若不滿足，繼續(xù)將氣體膨脹到輔助膨脹室，直到滿足校準需求；若進樣室內的氣體壓
力滿足校準需求，則關閉第三閥門，此時進樣室氣體壓力為 - ?
[0022] 步驟6,打開第五閥門，將氣體通過小孔引入到校準室中，待壓力穩(wěn)定后，打開 第六閥門讀取分離真空計的氣體壓力，并根據該氣體壓力判斷校準室中的氣體壓力是 否滿足校準需求，若不滿足，繼續(xù)將氣體通過小孔引入到校準室，直到滿足校準需求； 若校準室中的氣體壓力滿足校準需求，則關閉第五閥門，此時校準室的標準分壓力為
[0023] 步驟8,打開第八閥門，待壓力穩(wěn)定后，讀取被校分壓力質譜計的壓力讀數，關閉第 八閥門；
[0024] 步驟9,將所述標準分壓力與被校分壓力質譜計的壓力讀數進行比對，獲得被校分 壓力質譜計的校準系數。
[0025] 有益效果：
[0026] 本發(fā)明利用了氣體膨脹法，將較高的前級壓力通過氣體膨脹和小孔衰減后再引入 到校準室中，延伸了分壓力質譜計的校準下限，解決了 10 9Pa量級的分壓力質譜計的校準。 另外，用高精度的活塞壓力計作為標準真空計，替換了現有技術中的磁懸浮轉子真空計，減 小了測量不確定度，從而提高了校準精度。
【附圖說明】
[0027] 圖1為現有技術中的直接比對法裝置示意圖；
[0028] 圖2為現有技術中的壓力衰減法裝置示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明的10 9Pa量級的真空分壓力校準裝置的結構設計原理示意圖。
[0030] 圖中：
[0031 ] 1-微調閥、2-氣源、3-配樣室、4-第一閥門、6-第二閥門、7-第三閥門、10-第四 閥門、12-第五閥門、14-第六閥門、15-第七閥門、19-第八閥門、5-取樣室、8-輔助膨脹室、 9_復合真空計、11-小孔、13-校準室、16-活塞壓力計、17-進樣室、18-被校分壓力質譜計、 20-分離真空計、21-閥門；22-磁懸浮轉子真空計、23-上游室。
【具體實施方式】
[0032] 如圖3所示，本發(fā)明的10 9Pa量級的真空分壓力校準裝置及校準系數獲取方法，其 中裝置包括：微調閥1、氣源2、配樣室3、八個閥門、取樣室5、輔助膨脹室8、復合真空計9、 小孔11、校準室13、活塞壓力計16、進樣室17、被校分壓力質譜計18、分離真空計20。
[0033] 其中，八個閥門分別為第一閥門4、第二閥門6、第三閥門7、第四閥門10、第五閥門 12、第六閥門14、第七閥門15和第八閥門19。
[0034] 微調閥1為超高真空全金屬微調閥，漏率小于10 9Pam3/s量級。
[0035] 氣源2為多個單一高純氣體組合或已知組分的混合氣體。
[0036] 配樣室3為316L不銹鋼球形結構，體積為10L，用于將氣源2提供的氣體充分混 合，形成所需的校準氣體。
[0037] 取樣室5,從配樣室3中獲取所需壓力的校準氣體；其中校準氣體前級壓力由活塞 壓力計16測得。
[0038] 八個閥門均為超高真空全金屬球閥。
[0039] 所述取樣室5、輔助膨脹室8、進樣室17均為316L不銹鋼球形結構；進樣室與輔助 膨脹室容積比為10 ;取樣室容積遠小于進樣室容積，容積比根據被校分壓力質譜計的校準 范圍選擇。上述316L為一種不銹鋼材料牌號。
[0040] 進樣室17完成校準氣體的一次膨脹，使氣體壓力一次降低。
[0041] 輔助膨脹室8完成校準氣體的二次膨脹，使氣體壓力二次降低。
[0042] 小孔11的衰減比為1/1000,使氣體壓力三次降低。
[0043] 校準室13獲得校準氣體的標準分壓力，與被校分壓力質譜計18所示的分壓力進 行比對，獲得校準系數。
[0044] 復合真空計9用于監(jiān)測進樣室17中的氣體壓力；分離真空計20用于監(jiān)測校準室 13中的氣體壓力。
[0045] 氣源2通過微調閥1與配樣室3連接；取樣室5通過第一閥門4與配樣室3連接， 通過第二閥