一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置，包括氢气和氮气供气系统，配气室，压力计，取气室，低真空泵，进气室，真空计，高真空泵，渗流装置，质谱计，非蒸散型吸气剂泵，校准系统，抽气系统；配气室上设置压力计；配气室分出两路，一路与取气室和进气室相连；另一路通过管路与高真空泵相连，在配气室和高真空泵之间设置氢气和氮气供气系统及低真空泵；高真空泵和进气室连接；进气室通过管路依次与渗流装置、校准系统、抽气系统相连；在进气室上分别设置压力计和真空计；在渗流装置和校准系统之间设置截止阀；氮氢混合气体真空漏孔连接在校准系统上；校准系统上设置压力计、真空计和质谱计；非蒸散型吸气剂泵连在校准系统上。

A Calibration Device and Method for Vacuum Leakage of Nitrogen-Hydrogen Mixture Gas

The invention discloses a vacuum leak calibration device for nitrogen-hydrogen mixed gas, which includes hydrogen and nitrogen supply system, valve chamber, pressure gauge, intake chamber, vacuum gauge, high vacuum pump, seepage device, mass spectrometer, non-evaporative getter pump, calibration system and pumping system; a pressure gauge is arranged on the valve chamber; the valve chamber is divided into two channels, one way and the other way. The chamber is connected with the intake chamber; the other way is connected with the high vacuum pump through the pipeline; the hydrogen and nitrogen gas supply system and the low vacuum pump are set between the intake chamber and the high vacuum pump; the high vacuum pump and the intake chamber are connected; the intake chamber is connected with the seepage device, the calibration system and the pumping system in turn through the pipeline; the pressure gauge and the vacuum gauge are set respectively in the intake chamber; the seepage device and the calibration system are set up separately. A shutoff valve is set between them; a vacuum leak of nitrogen and hydrogen mixture is connected to the calibration system; a pressure gauge, a vacuum gauge and a mass spectrometer are set up on the calibration system; and a non-evaporative getter pump is connected to the calibration system.

【技术实现步骤摘要】
一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置及方法
本专利技术涉及测量领域，具体涉及一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置及方法。
技术介绍
我国空间高轨道卫星、低轨道卫星、氢原子钟、火箭氢氧发动机等型号研制工作，主要针对高轨道卫星及低轨道卫星用的镍氢电池、氢原子钟、火箭氢氧发动机等型号零部件的氢气泄漏问题，上述型号任务中均采用了氢气为工作介质，由于氢气的渗透率高，粘滞度很小，且易燃易爆，一旦发生泄漏，后果不堪设想，如采用其他示漏气体检漏，则会导致实际漏率值发生偏差，严重影响型号研制人员对其性能的判断，这些都影响型号任务的高可靠性及工作寿命。因此，为确保型号任务运行安全、可靠，必须采用氢气为工作气体进行检漏。为了降低氢气的危险性，一般采用示漏气体为95％氮气和5％氢气的混合气体作为氢气漏率检测的定标源，其有效气体成分为氢气，因此氮氢混合气体真空漏孔的精确校准至关重要。目前，国内外多采用氦气进行定标及检测，国内外许多实验室都建立了氦气漏率标准装置，校准方法主要有定容法、恒压法、流量计比较法等。定容法是将氦气漏孔流出的示漏气体氦气直接引入定容室，测量单位时间内定容室内压力变化而获得氦气漏率的方法；恒压法是将氦气漏孔流出的被校流量引入变容室，压力不变情况下测量单位时间内变容室体积变化而获得氦气漏孔漏率的方法；流量计比较法是将流量计流出的氦气标准流量与被校氦气流出的氢气流量进行比较实现校准。以上三种方法主要应用于单一气体氦气的校准，应用于氮氢混合气体真空漏孔时只能通过近似换算粗略校准氮氢混合气体漏孔漏率，尚未解决氮氢混合气体漏孔漏率的精确校准。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置及方法，能够精确校准氮氢混合气体真空漏孔的氢气漏率。本专利技术校准装置的技术方案为：一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置，包括：氢气供气系统，氮气供气系统，配气室，压力计A，取气室，低真空泵A，压力计B，进气室，真空计A，高真空泵A，渗流装置，压力计C，真空计B，质谱计，非蒸散型吸气剂泵，校准系统，抽气系统；所述压力计A设置在所述配气室上，用于监控所述配气室(6)的压力；所述配气室分出两路，一路通过管路依次与取气室和进气室相连；在所述配气室和取气室之间的管路上设置截止阀D；在所述取气室和进气室之间的管路上设置截止阀E；另一路通过管路与高真空泵A相连，在配气室和高真空泵A之间的管路上依次设置针阀、截止阀F和截止阀G；氢气供气系统和氮气供气系统分别通过设置有截止阀的管路连接在针阀和截止阀F之间的管路上；低真空泵A通过管路连接在截止阀F和截止阀G之间的管路上；其中，氢气供气系统的管路上的截止阀为截止阀A，氮气供气系统的管路上的截止阀设有截止阀B；所述高真空泵A和进气室通过设有截止阀H的管路连接；所述进气室通过管路依次与渗流装置、校准系统、抽气系统相连，所述抽气系统用于排出所述校准系统中的气体；在进气室和渗流装置之间的管路上设置截止阀I；在所述进气室上分别设置压力计B和真空计A；在所述渗流装置和所述校准系统之间的管路上设置截止阀J；氮氢混合气体真空漏孔通过设有截止阀K的管路连接在截止阀J和校准系统之间的管路上；压力计B和真空计A分别用于检测进气室的压力和真空度；所述校准系统包括校准室、抽气室及连通所述校准室和抽气室的限流孔；所述校准室连接在截止阀J和截止阀K之间的管路上，所述校准室上设置所述压力计C、真空计B和质谱计，所述非蒸散型吸气剂泵通过设有截止阀L的管路连接在所述校准室上；所述抽气室与所述抽气系统相连；所述压力计C、真空计B和质谱计分别用于测量校准室中压力、真空度和氢气离子流。作为本专利技术的一种优选方案，所述配气室上还连接有设置有截止阀C的管路，用于向所述配气室充入预先配好的氮氢混合气体进行漏率检测或将配气室内配置好的氮氢混合气体引出供其他设备使用。作为本专利技术的一种优选方案，所述抽气系统包括高真空泵B和低真空泵B，所述高真空泵B一端与所述抽气室相连，另一端与所述低真空泵B相连。作为本专利技术的一种优选方案，所述配气室与取气室有效容积比大于10，所述取气室与进气室的有效容积比小于0.01。本专利技术校准装置的校准方法的技术方案为：它使用权利要求3所述的氮氢混合气体真空漏孔校准装置，其特征在于，该校准方法包括如下步骤：步骤1：打开针阀，截止阀D，截止阀E，截止阀F，截止阀G，截止阀H，截止阀I，截止阀J；启动低真空泵和高真空泵，对配气室、取气室和进气室抽真空，并通过真空计A监测进气室的真空度；启动抽气系统，对校准室和抽气室抽真空，并通过真空计B监测其压力和真空度；当进气室和抽气室的真空度均达到设定值时，停止低真空泵、高真空泵和抽气系统；步骤2：关闭截止阀D、截止阀E、截止阀F、截止阀G、截止阀H、截止阀I、截止阀J；打开截止阀A，氢气供气系统向配气室充入氢气，压力计A监测配气室内压力变化，用于控制充入设定量氢气；再关闭所述针阀和截止阀A，打开截止阀F，通过低真空泵对所述针阀和低真空泵之间的管道抽气，排出其中的氢气；再关闭所述截止阀F，打开截止阀B和所述针阀，所述氮气供气系统向所述配气室充入设定量氮气，保证配气室内充入的混合气体为95％的氮气和5％的氢气，关闭截止阀B和所述针阀，打开所述截止阀F，通过低真空泵对所述针阀和低真空泵之间的管道抽气，排出其中的气体；步骤3：打开所述截止阀D，联通所述取气室和配气室，当所述取气室和配气室之间的气体压力平衡后，关闭所述截止阀D，打开截止阀E，联通所述取气室和进气室，当所述取气室和进气室之间的气体压力平衡后，读取此时压力计检测的压力，记为p总；打开截止阀I和截止阀J，进气室内的氮氢混合气体通过渗流装置的纳米孔进入校准室，再通过限流孔进入抽气室后，启动抽气系统，抽气室中氮氢混合气体被抽气系统抽走，校准室内压力稳定不变后，读取所述压力计C检测的压力值，记为p′总，读取此时质谱计测量的校准室中氢气离子流，记为IS，则氢气标准流量按以下公式计算：式中：—氢气标准流量，单位为Pa·m3/s；—氢气对限流孔的流导值，单位为m3/s；所述限流孔流导值可用以下公式计算：式中:R—氢气气体常数，单位为J/(K·mol)；T—氢气气体温度，单位为K；—氢气气体摩尔质量，单位为Kg/mol；A—限流孔(31)的流通面积，单位为m2；步骤4：关闭截止阀J，打开截止阀L，用非蒸散型吸气剂泵抽除吸附在所述校准室内表面的氢气，当压力计C监测校准室中的气体压力到达本底值时，读取此时质谱计测量的校准室中的氢气离子流,记为I0；步骤5：关闭所述截止阀L，打开截止阀K，将氮氢混合气体真空漏孔流出的气体引入所述校准室，气体经过限流孔流出到抽气室后被抽气系统抽走，在校准室中建立起动态平衡压力，读取此时质谱计测量的校准室的氮氢混合气体中H2的离子流，记为IL，待校氮氢混合气体真空漏孔的氢气漏率QL如下公式，校准过程中，尽可能保证当H2分压的标准流量对应的离子流IS与IL一致，以提高校准的准确度；当H2分压的标准流量对应的离子流IS与IL一致时，待校真空漏孔氢气的漏率与H2分压的标准流量相等：式中：QL—待校氮氢混合气体真空漏孔中氢气的漏率，单位为Pa·m3/s；IL—待校氮氢混合气体真空漏孔中氢气的离子流，单位为A；IS—H2标准流量的离子流，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置，其特征在于，包括：氢气供气系统(1)，氮气供气系统(2)，配气室(6)，压力计A(8)，取气室(10)，低真空泵A(13)，压力计B(15)，进气室(16)，真空计A(17)，高真空泵A(19)，渗流装置(21)，压力计C(25)，真空计B(26)，质谱计(28)，非蒸散型吸气剂泵(30)，校准系统，抽气系统；所述压力计A(8)设置在所述配气室(6)上，用于监控所述配气室(6)的压力；所述配气室(6)分出两路，一路通过管路依次与取气室(10)和进气室(16)相连；在所述配气室(6)和取气室(10)之间的管路上设置截止阀D(9)；在所述取气室(10)和进气室(16)之间的管路上设置截止阀E(11)；另一路通过管路与高真空泵A(19)相连，在配气室(6)和高真空泵A(19)之间的管路上依次设置针阀(5)、截止阀F(12)和截止阀G(14)；氢气供气系统(1)和氮气供气系统(2)分别通过设置有截止阀的管路连接在针阀(5)和截止阀F(12)之间的管路上；低真空泵A(13)通过管路连接在截止阀F(12)和截止阀G(14)之间的管路上；其中，氢气供气系统(1)的管路上的截止阀为截止阀A(3)，氮气供气系统(2)的管路上的截止阀设有截止阀B(4)；所述高真空泵A(19)和进气室(16)通过设有截止阀H(18)的管路连接；所述进气室(16)通过管路依次与渗流装置(21)、校准系统、抽气系统相连，所述抽气系统用于排出所述校准系统中的气体；在进气室(16)和渗流装置(21)之间的管路上设置截止阀I(20)；在所述进气室(16)上分别设置压力计B(15)和真空计A(17)；在所述渗流装置(21)和所述校准系统之间的管路上设置截止阀J(22)；氮氢混合气体真空漏孔(24)通过设有截止阀K(23)的管路连接在截止阀J(22)和校准系统之间的管路上；所述压力计B(15)和真空计A(17)分别用于检测进气室(16)的压力和真空度；所述校准系统包括校准室(27)、抽气室(32)及连通所述校准室(27)和抽气室(32)的限流孔(31)；所述校准室(27)连接在截止阀J(22)和截止阀K(23)之间的管路上，所述校准室(27)上设置所述压力计C(25)、真空计B(26)和质谱计(28)，所述非蒸散型吸气剂泵(30)通过设有截止阀L(29)的管路连接在所述校准室(27)上；所述抽气室(32)与所述抽气系统相连；所述压力计C(25)、真空计B(26)和质谱计(28)分别用于测量校准室(27)中压力、真空度和氢气离子流。...

【技术特征摘要】
1.一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置，其特征在于，包括：氢气供气系统(1)，氮气供气系统(2)，配气室(6)，压力计A(8)，取气室(10)，低真空泵A(13)，压力计B(15)，进气室(16)，真空计A(17)，高真空泵A(19)，渗流装置(21)，压力计C(25)，真空计B(26)，质谱计(28)，非蒸散型吸气剂泵(30)，校准系统，抽气系统；所述压力计A(8)设置在所述配气室(6)上，用于监控所述配气室(6)的压力；所述配气室(6)分出两路，一路通过管路依次与取气室(10)和进气室(16)相连；在所述配气室(6)和取气室(10)之间的管路上设置截止阀D(9)；在所述取气室(10)和进气室(16)之间的管路上设置截止阀E(11)；另一路通过管路与高真空泵A(19)相连，在配气室(6)和高真空泵A(19)之间的管路上依次设置针阀(5)、截止阀F(12)和截止阀G(14)；氢气供气系统(1)和氮气供气系统(2)分别通过设置有截止阀的管路连接在针阀(5)和截止阀F(12)之间的管路上；低真空泵A(13)通过管路连接在截止阀F(12)和截止阀G(14)之间的管路上；其中，氢气供气系统(1)的管路上的截止阀为截止阀A(3)，氮气供气系统(2)的管路上的截止阀设有截止阀B(4)；所述高真空泵A(19)和进气室(16)通过设有截止阀H(18)的管路连接；所述进气室(16)通过管路依次与渗流装置(21)、校准系统、抽气系统相连，所述抽气系统用于排出所述校准系统中的气体；在进气室(16)和渗流装置(21)之间的管路上设置截止阀I(20)；在所述进气室(16)上分别设置压力计B(15)和真空计A(17)；在所述渗流装置(21)和所述校准系统之间的管路上设置截止阀J(22)；氮氢混合气体真空漏孔(24)通过设有截止阀K(23)的管路连接在截止阀J(22)和校准系统之间的管路上；所述压力计B(15)和真空计A(17)分别用于检测进气室(16)的压力和真空度；所述校准系统包括校准室(27)、抽气室(32)及连通所述校准室(27)和抽气室(32)的限流孔(31)；所述校准室(27)连接在截止阀J(22)和截止阀K(23)之间的管路上，所述校准室(27)上设置所述压力计C(25)、真空计B(26)和质谱计(28)，所述非蒸散型吸气剂泵(30)通过设有截止阀L(29)的管路连接在所述校准室(27)上；所述抽气室(32)与所述抽气系统相连；所述压力计C(25)、真空计B(26)和质谱计(28)分别用于测量校准室(27)中压力、真空度和氢气离子流。2.如权利要求1所述的氮氢混合气体真空漏孔校准装置，其特征在于，所述配气室(6)上还连接有设置有截止阀C(7)的管路，用于向所述配气室(6)充入预先配好的氮氢混合气体进行漏率检测或将配气室(6)内配置好的氮氢混合气体引出供其他设备使用。3.如权利要求1所述的氮氢混合气体真空漏孔校准装置，其特征在于，所述抽气系统包括高真空泵B(33)和低真空泵B(34)，所述高真空泵B(33)一端与所述抽气室(32)相连，另一端与所述低真空泵B(34)相连。4.如权利要求1所述的氮氢混合气体真空漏孔校准装置，其特征在于，所述配气室(6)与取气室(10)有效容积比大于10，所述取气室(10)与进气室(16)的有效容积比小于0.01。5.一种氮氢混合气体真空漏孔校准装置的校准方法，它使用权利要求1所述的氮氢混合气体真空漏孔校准装置，其特征在于，该校准方法包括如下步骤：步骤1：打开针阀(5)，截止阀D(9)，截止阀E(11)，截止阀F(12)，截止阀G(14)，截止阀H(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵澜，孙雯君，郭美如，管保国，张瑞芳，马亚芳，高洁，刘珈彤，
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