一种真空计快速动态真空校准方法技术

技术编号:12267022 阅读:112 留言:0更新日期:2015-10-31 13:59
本发明专利技术公开了一种真空计快速动态真空校准方法,能够实现响应时间为ms级的真空计快速动态校准。本发明专利技术将采用静态膨胀法的真空校准装置中的上游室和下游室之间的真空阀门替换为超高真空插板阀;将被校真空计连接至上游室;根据被校真空计响应时间确定是否安装以及安装何种流导参数的限流元件;开始校准后,向上游室充入校准气体,直至达到初始压力;打开超高真空插板阀,开始气体快速膨胀过程,采集被校真空计的示值;依据公式pstd=p10exp(-t/τ)计算动态真空校准标准压力pstd,绘制出pstd随时间t变化的动态真空校准标准压力曲线,并填入被校真空计的示值,获得校准结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及真空计的动态校准
,尤其涉及一种快速动态真空校准方法。
技术介绍
真空校准装置用于为真空计提供标准压力。目前用于粗低真空范围测量的真空计 的响应时间已经达到几十毫秒,而常用的静态膨胀法真空校准装置的标准压力建立时间通 常大于30s,显然不能满足上述真空计的动态校准需求。 文献"Dynamicvacuummeasurementbyanopticalinterferometric technique,'MeasurementScienceandTechnology'第 25 卷、2014 年、第 1 页~7 页',,介 绍了意大利INR頂建立的基于迈克尔逊光学干涉仪的动态真空校准装置,该文献提出通过 测量真空度和温度引起的折射系数变化反演动态真空量值的快速变化,实现范围lOOPa~ 100kPa的动态真空校准。 采用该方法的优点在于其利用了光学干涉法响应快、灵敏度高、非接触性等优点, 测量得到动态真空校准的标准压力,但由于该装置采用的蝶阀控制该系统的动态膨胀过 程,此外,由于要将迈克尔逊光学干涉仪置于上游室内,导致上游室容积较大(约2L),且为 保证足够小的容积比(约0. 0025),下游室容积也较大(约800L),阀门开合时间较长、系统 体积过大以及稀薄气体复杂的动力学特性、真空度与温度耦合性等原因,该装置的标准压 力建立时间最短仍达到了 3s,仍难以满足毫秒级动态真空校准的应用需求。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供了一种快速动态真空校准方法,实现ms量级的动态真空校 准。 为了解决上述技术问题,本专利技术是这样实现的: -种真空计动态真空校准方法,将采用静态膨胀法的真空校准装置中的上游室和 下游室之间的真空阀门替换为超高真空插板阀,形成动态真空校准装置; 该方法具体包括如下步骤: 步骤一、将被校真空计连接至所述动态真空校准装置中的上游室;根据被校真空 计响应时间确定是否安装以及安装何种流导参数的限流元件;被校真空计的响应时间越 长,选用的限流元件的流导越小;不安装限流元件时,能够获得最短建立时间的标准压力; 步骤二、通过抽气机组连续抽气上游室、下游室至所需本底压力;打开动态真空校 准装置中的被校真空计和各测量用真空计,进行稳定和调零; 步骤三、关闭超高真空插板阀,向上游室充入校准气体,直至达到初始压力p1(];p1(] 为被校真空计动态校准范围的上限值; 步骤四、打开超高真空插板阀,开始快速膨胀的动态真空校准过程,利用数据采集 系统采集被校真空计的示值以及上游室和下游室的真空度,当下游室的真空度达到P1(] ?a时,完成校准,其中a为上游室与下游室的容积比; 步骤五、依据公式计算动态真空校准标准压力pstd,绘制出pstd随时间t变化的动 态真空校准标准压力曲线; Pstd=Pi〇exp(~t/x) (1) 式(1)中,t为时间常数: 式(2)中,ViS上游室容积;当连接有限流元件时,C(t)为t时刻相应流动状态下 对应的超高真空插板阀和限流元件串联真空流导,当未连接限流元件时,C(t)为t时刻相 应流动状态下对应的超高真空插板阀的真空流导;该C(t)是预先通过试验获得的; 步骤六、将步骤四采集的被校真空计的示值,按照时间t绘制到动态真空校准标 准压力曲线中,得到被校真空计与标准压力之间的偏差,即校准结果。 优选地,C(t)的获取方式为: 将快速膨胀过程中气体流动状态划分为多个阶段状态; 建立所述动态真空校准装置的仿真模型,通过仿真获得不同时间t的流导C;针对 每个阶段状态利用符合这段特点的关系式建立C和t的关系模型;将各关系模型进行拟合 形成拟合关系模型,即为C(t)。 优选地,C(t)的获取方式为: 将快速膨胀过程中气体流动状态划分为多个状态阶段; 建立所述动态真空校准装置的仿真模型,通过仿真获得不同时间t的流导C;针对 每个状态阶段,利用符合这段特点的关系式建立该状态阶段的C和t的关系模型; 使用时,利用上游室的压力计算克努曾数Kn,利用克努曾数&判断当前所属的状 态阶段,选用符合当前状态阶段的关系模型。 优选地,将快速膨胀过程中气体流动状态划分为湍流、第一过渡流、黏滞流、第二 过渡流和分子流共5种流动状态;其中,将湍流和第一过渡流态这一段连续流阶段作为第 一个状态阶段,将黏滞流、第二过渡流和分子流这一段稀薄气体流阶段作为第二个状态阶 段; 针对第一个状态阶段,采用纳维-斯托克斯方程获得C和t的关系模型; 针对第二个状态阶段,采用蒙特卡洛法获得C和t的关系模型。 优选地,超高真空插板阀的完全开合时间小于或等于10ms时,对应的动态校准标 准压力建立时间为20ms;根据被校真空计动态校准标准压力建立时间,选用相应完全开合 时间的超高真空插板阀;被校真空计动态校准标准压力建立时间越短,选用超高真空插板 阀的完全开合时间越短。 优选地,所述限流元件采用圆孔结构,其边缘厚度小于其直径的1/50 ;或者,所述 限流元件采用拉瓦尔喷管。 优选地,上游室与下游室的容积比a小于〇. 〇〇1。 优选地,上游室的容积小于0? 15L。 优选地,数据采集系统采集被校真空计示值信号时,采样频率高于100kHz。 有益效果: (1)本专利技术借用静态膨胀法真空标准装置的结构,而采用快速膨胀方式,利用快开 阀保证快速膨胀过程的快速性,最短的标准压力建立时间缩短至ms量级。由于针对快速膨 胀过程复杂的问题,本专利技术重新构建了标准压力pstd的计算公式,利用预先确定的与t相关 的流导计算快速膨胀过程的标准压力变化曲线,从而获得校准结果。 (2)本专利技术无需在上游室设置光学仪器,因此可以采用较小的容积实现较大的膨 胀比,在缩短动态真空标准压力建立时间的同时,延伸了动态真空校准的下限,由中真空延 伸至高真空范围。 (3)该方法有效提高了真空计动态响应评价能力。【附图说明】 图1是本专利技术快速动态真空校准装置的结构图。 图2为动态真空校准标准压力曲线的示意图。 图中:1-第一电容薄膜真空计,2 -微调阀,3 -第二电容薄膜真空计,4 一限流 兀件、5 -上游室、6 -热电偶、7 -被校真空计、8 -标准容积、9 一超尚真空插板阀、10-气 瓶、11-第一截止阀,12-第二截止阀,13-机械栗,14-分子栗,15-第三截止阀,16-下游室、 17-监测真空计。【具体实施方式】 下面结合附图并举实施例,对本专利技术进行详细描述。 本专利技术借用静态膨胀法真空校准装置的结构进行动态校准,但采用快速膨胀过 程。为了实现快速膨胀,将真空校准装置中的上游室和下游室之间的真空阀门替换为超高 真空插板阀,根据被校真空计响应时间确定是否安装以及安装何种流导参数的限流元件, 从而形成动态真空校准装置,以适应各种响应特性的真空计。由于快速膨胀过程复杂,本发 明还需要重新构建标准压力pstd的计算公式,利用预先确定的与t相关的流导计算快速膨 胀过程的标准压力变化曲线,从而获得准确的校准结果。 图1为在现有的一种常用的静态膨胀法真空校准装置上进行改装所形成的快速 动态真空校准装置的组成示意图。如图1所示,该静态膨胀法真空校准装置包括上游室5、 下游室16、机械栗13、分子栗14和气瓶10 ;气瓶10依次通过第一截止阀11、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空计动态真空校准方法,其特征在于,将采用静态膨胀法的真空校准装置中的上游室(5)和下游室(16)之间的真空阀门替换为超高真空插板阀(9),形成动态真空校准装置;该方法具体包括如下步骤:步骤一、将被校真空计(7)连接至所述动态真空校准装置中的上游室(5);根据被校真空计(7)响应时间确定是否安装以及安装何种流导参数的限流元件(4);被校真空计(7)的响应时间越长,选用的限流元件(4)的流导越小;不安装限流元件时,能够获得最短建立时间的标准压力;步骤二、通过抽气机组连续抽气上游室(5)、下游室(16)至所需本底压力;打开动态真空校准装置中的被校真空计(7)和各测量用真空计,进行稳定和调零;步骤三、关闭超高真空插板阀(9),向上游室(5)充入校准气体,直至达到初始压力p10;p10为被校真空计(7)动态校准范围的上限值;步骤四、打开超高真空插板阀(9),开始快速膨胀的动态真空校准过程,利用数据采集系统采集被校真空计(7)的示值以及上游室(5)和下游室(16)的真空度,当下游室(16)的真空度达到p10〃α时,完成校准,其中α为上游室(5)与下游室(16)的容积比;步骤五、依据公式(1)计算动态真空校准标准压力pstd,绘制出pstd随时间t变化的动态真空校准标准压力曲线;pstd=p10exp(‑t/τ)   (1)式(1)中,τ为时间常数:τ=V1C(t)---(2)]]>式(2)中,V1为上游室(5)容积;当连接有限流元件时,C(t)为t时刻相应流动状态下对应的超高真空插板阀(9)和限流元件(4)串联真空流导,当未连接限流元件时,C(t)为t时刻相应流动状态下对应的超高真空插板阀(9)的真空流导;该C(t)是预先通过试验获得的;步骤六、将步骤四采集的被校真空计(7)的示值,按照时间t绘制到动态真空校准标准压力曲线中,得到被校真空计与标准压力之间的偏差,即校准结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:习振华李得天赵澜孙雯君盛学民王永军马亚芳
申请(专利权)人:兰州空间技术物理研究所
类型:发明
国别省市:甘肃;62

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