一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置及方法，属于测量领域。所述装置中包括主要由参考真空漏孔、参考真空漏孔温度传感器和参考真空漏孔系统阀门组成参考真空漏孔系统，主要由待校真空漏孔、待校真空漏孔温度传感器和待校真空漏孔系统阀门组成待校真空漏孔系统、主要由校准室、真空计和质谱计组成质谱分析系统和抽气系统。通过温度传感器实时测量，利用指数或线性温度修正法，将参考真空漏孔实验室温度下的漏率修正为环境温度下的漏率，避免不同温度对参考真空漏孔漏率的影响，在此基础上，在参考真空漏孔与待校真空漏孔环境温度下，采用比较法可获得多支待校真空漏孔环境温度下的漏率，提高了所述漏率的准确度和校准效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置及方法，属于测量领域。
技术介绍
目前，真空漏孔的校准主要在实验室中进行，通常实验室校准环境要求为：a)环境温度为(23±3)℃，校准过程中温度波动不大于1℃/h；b)相对湿度不大于80％；c)校准时周围环境不得有附加热源、强电磁场、强振动等，最终实验室给出的校准温度为23℃下待校真空漏孔漏率。而实际真空漏孔的使用时主要处于空旷的大厅或车间，由于季节的变化以及南北方地域的不同，环境温度范围一般在15℃～40℃变化，此时真空漏孔实际漏率应为当前温度下的漏率，而实验室通常提供漏率为温度23℃下的漏率，环境温度的偏离范围为-8℃～+17℃，环境温度对真空漏孔漏率的影响约为8％～180％，由于环境温度不能满足校准环境要求，真空漏孔本身的漏率将会发生变化。环境温度与实验室校准温度的不同导致真空漏孔漏率产生的偏差会严重影响真空漏孔的使用结果，因此需要在环境温度下对真空漏孔进行校准，从而从根本上提高真空漏孔使用的可靠性。
技术实现思路
针对现有真空校准装置无法实现环境温度下校准的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置；本专利技术的目的之二在于提供一种用于环境温度下真空漏孔的校准方法；所述装置及方法实现了环境温度下真空漏孔的精确校准。为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置，所述装置主要由参考真空漏孔系统、待校真空漏孔系统、质谱分析系统和抽气系统组成。参考真空漏孔系统主要由参考真空漏孔、参考真空漏孔温度传感器和参考真空漏孔系统阀门组成；其中，参考真空漏孔温度传感器与参考真空漏孔连接，用于测量参考真空漏孔的温度，参考真空漏孔通过管路及管路上的参考真空漏孔系统阀门与校准室连接，参考真空漏孔系统阀门用于连通或阻断参考真空漏孔与校准室之间的连接通道。待校真空漏孔系统主要由待校真空漏孔、待校真空漏孔温度传感器和待校真空漏孔系统阀门组成，待校真空漏孔系统为一组以上，每组待校真空漏孔系统组成相同；其中，待校真空漏孔温度传感器与待校真空漏孔连接，用于测量待校真空漏孔的温度，待校真空漏孔通过管路及管路上的待校真空漏孔系统阀门与校准室连接，待校真空漏孔系统阀门用于连通或阻断待校真空漏孔与校准室之间的连接通道。质谱分析系统主要由校准室、真空计和质谱计组成；其中，校准室用于比较参考真空漏孔和待校真空漏孔流出的校准气体量，真空计与校准室连接，用于监测校准室的真空度，质谱计与校准室连接，用于测量校准气体的信号。抽气系统为本领域现有技术中所述用于抽气达到真空的装置，可为机械泵与分子泵或机械泵与双分子泵的组合等；抽气系统通过管路及管路上的抽气系统阀门与校准室连接，用于对校准室抽气，维持校准室中的真空度，抽气系统阀门用于连通或阻断抽气系统与校准室之间的连接通道。优选所述参考真空漏孔系统阀门和待校真空漏孔系统阀门各自的管路汇合成一条管路后与校准室连接。所述装置中，参考真空漏孔在实验室温度下的漏率(Qcal)、参考真空漏孔的实验室温度(Tcal)、参考真空漏孔的常数(c)以及参考真空漏孔的温度系数(α)均为已知；所述参考真空漏孔的常数(c)可通过文献“《渗氦型真空漏孔漏率的温度修正》，真空与低温，2007.6”中的方法获得。参考真空漏孔和待校真空漏孔均可以自带气源或与气源连接，以流出校准气体。校准气体为本领域现有技术中通常所使用的校准气体，如氦气(He)、氮气(N2)或氢气(H2)。质谱计优选为四级质谱计。优选所述阀门为全金属超高真空阀。当校准气体为氦气时，质谱分析系统、抽气系统及抽气系统阀门也可由氦质谱检漏仪替代，参考真空漏孔系统阀门和待校真空漏孔系统阀门各自的管路汇合成一条管路后与氦质谱检漏仪连接。一种用于环境温度下真空漏孔的校准方法，所述方法通过使用本专利技术所述的一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置进行，参考真空漏孔系统阀门、待校真空漏孔系统阀门、质谱计、抽气系统阀门和抽气系统在校准前均处于关闭状态，所述方法步骤如下：(1)打开抽气系统阀门，启动抽气系统，从校准室中抽出气体，并且在以下步骤中持续抽出气体，以达到所需真空度，直至所有步骤完成，采用真空计监测校准室中的压力，待压力达到质谱计的启动压力后，打开质谱计对校准室进行测量；(2)待校准室中达到极限压力，即真空计监测校准室中的压力值小数点后一位不发生变化时，质谱计的测量值为校准室中校准气体的本底信号(I0)；(3)打开参考真空漏孔系统阀门，将参考真空漏孔流出的校准气体引入校准室，当校准气体达到稳定后，质谱计的测量值为参考真空漏孔在校准室中产生的校准气体信号(IS)，参考真空漏孔温度传感器测量得到参考真空漏孔所处的环境温度(T)，通过指数温度修正法或线性温度修正法将参考真空漏孔在实验室温度下的漏率(Qcal)修正为参考真空漏孔在环境温度下的漏率(QT)；由于指数温度修正法比线性温度修正法修正的QT的偏差更小，因此当指数温度修正法和线性温度修正法得到的QT具体数值不一致时，优先选择指数温度修正法；其中，所述指数温度修正法如公式(1)所示：QT=QcalTTcaleC(1T-1Tcal)---(1)]]>公式(1)中：QT—参考真空漏孔在环境温度下的漏率，单位为：Pam3/s；Qcal—参考真空漏孔在实验室温度下的漏率，单位为：Pam3/s；T—参考真空漏孔所处的环境温度，单位为：K；Tcal—参考真空漏孔的实验室温度，单位为：K。c—参考真空漏孔的常数。所述公式(1)可通过文献“《渗氦型真空漏孔漏率的温度修正》，真空与低温，2007.6”中的方法获得；所述线性温度修正法如公式(2)所示：QT＝Qcal·[1+α×(T-Tcal)](2)公式(2)中：QT—参考真空漏孔在环境温度下的漏率，单位为：Pam3/s；Qcal—参考真空漏孔在实验室温度下的漏率，单位为：Pam3/s；T—参考真空漏孔所处的环境温度，单位为：K；Tcal—参考真空漏孔的实验室温度，单位为：K；α—参考真空漏孔的温度系数，单位为：％/K。所述公式(2)可通过文献“《渗氦型真空漏孔漏率的温度修正》，真空与低温，2007.6”中的方法获得。(4)关闭参考真空漏孔系统阀门，打开待校真空漏孔系统阀门，将待校真空漏孔流出的校准气体引入校准室，当校准气体达到稳定后，质谱计的测量值为待校真空漏孔在校准室中产生的校准气体信号(IL)，待校真空漏孔温度传感器测量得到待校真空漏孔所处的环境温度(TL)，通过公式(3)计算得到待校真空漏孔在环境温度下的漏率(QL)：QL=QT·(IL-I0)(IS-I0)---(3)]]>公式(3)中：QL——待校真空漏孔在环境温度下的漏率，单位为：Pam3/s，IL——待校真空漏孔在校准室中产生的校准气体信号，单位为：A；IS——参考真空漏孔在校准室中产生的校准气体信号，单位为：A；I0——校准室中校准气体的本底信号，单位为：A。待校真空漏孔系统有两组以上时，步骤(4)测得的漏率即为第一组待校真空漏孔系统中待校真空漏孔在环境温度下的漏率；第二组待校真空漏孔系统中待校真空漏孔在环境温度下的漏率采用如下方法获得：将步骤(4)中的关闭参考真空漏孔系统阀门替换为关闭第一组待校真空漏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置，其特征在于：所述装置包括参考真空漏孔系统、待校真空漏孔系统、质谱分析系统和抽气系统(11)；参考真空漏孔系统主要由参考真空漏孔(1)、参考真空漏孔温度传感器(2)、和参考真空漏孔系统阀门(3)组成；其中，参考真空漏孔温度传感器(2)与参考真空漏孔(1)连接，参考真空漏孔(1)通过管路及管路上的参考真空漏孔系统阀门(3)与校准室(7)连接；待校真空漏孔系统主要由待校真空漏孔(4)、待校真空漏孔温度传感器(5)和待校真空漏孔系统阀门(6)组成，待校真空漏孔系统为一组以上，每组待校真空漏孔系统组成相同；其中，待校真空漏孔温度传感器(5)与待校真空漏孔(4)连接，待校真空漏孔(4)通过管路及管路上的待校真空漏孔系统阀门(6)与校准室(7)连接；质谱分析系统主要由校准室(7)、真空计(8)和质谱计(9)组成；其中，真空计(8)和质谱计(9)分别与校准室(7)连接；抽气系统(11)通过管路及管路上的抽气系统阀门(10)与校准室(7)连接；所述装置中，参考真空漏孔(1)在实验室温度下的漏率、实验室温度、常数以及温度系数均为已知；参考真空漏孔(1)和待校真空漏孔(4)自带气源或与气源连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置，其特征在于：所述装置包括参考真空漏孔系统、待校真空漏孔系统、质谱分析系统和抽气系统(11)；参考真空漏孔系统主要由参考真空漏孔(1)、参考真空漏孔温度传感器(2)、和参考真空漏孔系统阀门(3)组成；其中，参考真空漏孔温度传感器(2)与参考真空漏孔(1)连接，参考真空漏孔(1)通过管路及管路上的参考真空漏孔系统阀门(3)与校准室(7)连接；待校真空漏孔系统主要由待校真空漏孔(4)、待校真空漏孔温度传感器(5)和待校真空漏孔系统阀门(6)组成，待校真空漏孔系统为一组以上，每组待校真空漏孔系统组成相同；其中，待校真空漏孔温度传感器(5)与待校真空漏孔(4)连接，待校真空漏孔(4)通过管路及管路上的待校真空漏孔系统阀门(6)与校准室(7)连接；质谱分析系统主要由校准室(7)、真空计(8)和质谱计(9)组成；其中，真空计(8)和质谱计(9)分别与校准室(7)连接；抽气系统(11)通过管路及管路上的抽气系统阀门(10)与校准室(7)连接；所述装置中，参考真空漏孔(1)在实验室温度下的漏率、实验室温度、常数以及温度系数均为已知；参考真空漏孔(1)和待校真空漏孔(4)自带气源或与气源连接。2.根据权利要求1所述的一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置，其特征在于：校准气体为氦气、氮气或氢气；当校准气体为氦气时，质谱分析系统、抽气系统(11)及抽气系统阀门(10)由氦质谱检漏仪(12)替代，参考真空漏孔系统阀门(3)和待校真空漏孔系统阀门(6)各自的管路汇合成一条管路后与氦质谱检漏仪(12)连接。3.根据权利要求1所述的一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置，其特征在于：所述阀门为全金属超高真空阀。4.根据权利要求1所述的一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置，其特征在于：质谱计(9)为四级质谱计。5.一种用于环境温度下真空漏孔的校准方法，其特征在于：所述参考真空漏孔系统阀门(3)和待校真空漏孔系统阀门(6)各自的管路汇合成一条管路后与校准室(7)连接。6.根据权利要求1所述的一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置，其特征在于：校准气体为氦气、氮气或氢气；所述阀门为全金属超高真空阀；质谱计(9)为四级质谱计；所述参考真空漏孔系统阀门(3)和待校真空漏孔系统阀门(6)各自的管路汇合成一条管路后与校准室(7)连接。7.一种用于环境温度下真空漏孔的校准方法，其特征在于：所述方法通过使用如权利要求1～5任一项所述的一种用于环境温度下真空漏孔的校准装置完成，参考真空漏孔系统阀门(3)、待校真空漏孔系统阀门(6)、质谱计(9)、抽气系统阀门(10)和抽气系统(11)在校准前均处于关闭状态，所述方法步骤如下：(1)打开抽气系统阀门(10)，启动抽气系统(11)，从校准室(7)中抽出气体，并且在以下步骤中持续抽出气体，以达到所需真空度，直至所有步骤完成，真空计(8)监测校准室(7)中的压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵澜，冯焱，成永军，张瑞芳，孙雯君，张琦，陈联，盛学民，丁栋，董猛，
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