CN101458144A - 一种方向规的校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方向规的校准装置，属于计量科学领域。本发明的一种方向的规校准装置包括包括进气系统、校准室、方向规控制系统及抽气系统。校准室顶端通过充气法兰与进气系统的上游室连接，校准室底端通过抽气法兰与抽气系统的大抽速分子泵相连，真空规、监测规、方向规支架通过标准CF法兰接口固定在校准室上，标有刻度的支架在校准室内部与方向规支架上垂直固定，方向规固定在标有刻度的支架上，磁流体密封传动机构、步进电机通过方向规支架固定在校准室外。本发明的装置校准装置能够在平衡态和非平衡态两种条件下，对方向规进行校准，解决了10^－7Pa的真空密封问题，校准室真空度高，方向规与定向分子流夹角的控制精准。

Description

一种方向规的校准装置

技术领域

本发明涉及一种方向规的校准装置，属于计量科学领域。

背景技术

由于宇宙空间的气体分子密度非常稀薄，从航天器上飞出的气体分子无碰撞地沉没于无限宇空中再不返回，所以宇宙空间的气体分子具有很强的方向性。但是地面研制的真空规的传感器，一般都采用电离机构，电离区内不同点的电离几率和收集效率不一样，因而存在局部灵敏度不同的情况，传感器对相同分子入射率的定向流和平衡态分子流的检测灵敏度不一样，而传感器的校准又是在平衡态下校准的，同时压强公式P＝nkT和入射率公式 $v=\frac{1}{4}n\stackrel{\‾}{V}$ 只有在平衡态下才有明确的物理意义。为了获得宇宙空间定向分子流的信息，必须建立相应的校准装置，模拟定向分子流，建立定向分子流与方向规测量值间的关系，满足对空间真空的测量需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有平衡态下校准技术的不足，而提供能够在平衡态和非平衡态两种条件下工作的一种方向规的校准装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种方向规的校准装置，包括进气系统、校准室、方向规控制系统及抽气系统；

进气系统由高压气瓶、减压阀、稳压室、机械泵、微调阀及上游室依次串联组成，稳压室连有真空规，上游室连有用于测量上游室气体压力的磁悬浮转子规和电容薄膜规。

校准室采用球形容器结构，校准室顶端开有充气法兰，底端分开有抽气法兰，校准室赤道面开有用于安装参考真空规、监测规、方向规支架的标准CF法兰接口；为了便于方向规安装，校准室上还开有两个操作法兰和一个超高法兰观察窗；

方向规控制系统由参考真空规、监测规、方向规、步进电机、磁力传动器、方向规固定架、标有刻度的支架组成；

抽气系统由机械泵、小分子泵、金属角阀、大抽速分子泵依次串联组成；在两分子泵之间装置金属角阀，为了在停止工作时使将校准室与抽气系统隔开；

校准室顶端通过充气法兰与进气系统的上游室连接，且连接处设有小孔或针阀，校准室底端通过抽气法兰与抽气系统的大抽速分子泵相连，且连接处设有限流孔板；真空规、监测规、方向规支架通过标准CF法兰接口固定在校准室上，标有刻度的支架在校准室内部与方向规支架上垂直固定，方向规固定在标有刻度的支架上，磁流体密封传动机构、步进电机通过方向规支架固定在校准室外，其中步进电机的转动通过计算机进行控制，转动磁流体密封传动机构可使方向规在球内运动。

本发明的工作过程：

A、方向规在平衡态下的校准的操作

(1)打开操作窗口，在抽气口加上限流孔板，并将操作窗口密封好，同时将方向规安装在校准室赤道法兰上。

(2)校准前，启动真空抽气机组，使校准室内达到10^-7Pa的极限真空度；打开进气阀门向校准室内充气，调节气体流量，使参考规读数稳定在某一数值；

(3)记下参考规和方向规的读数。

(4)调节上游室所接进气针阀，调节气体流量，使参考规读数稳定在某一数值，在重复步骤(4)，这样可以得出不同压力点对方向规的校准。

B、方向规在非平衡态下校准的操作

(1)打开操作窗口，在抽气口去掉限流孔板，，同时将方向规安装在球心固定支架上，并将操作窗口密封好。

(2)校准前，启动真空抽气机组，使校准室内达到10^-7Pa的极限真空度；打开进气阀门向校准室内充气，调节气体流量，使参考规读数稳定在某一数值；

(3)通过方向规控制系统调节方向规入口法线与定向分子流的轴线一致，

(4)记下上游室参考规和方向规的读数。

(5)调节上游室所接进气针阀，调节气体流量，使参考规读数稳定在某一数值，在重复步骤(4)，这样可以得出不同压力点对方向规的校准。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)校准装置能够在平衡态和非平衡态两种条件下，对方向规进行校准；

(2)采用水冷可烘烤的磁流体密封传动器，该传动器具有密封性能好、几乎无泄漏等特点，解决了10^-7Pa的真空密封问题；

(3)采用小孔进气和大抽速的分子泵直接与校准室连接，可在校准室获得定向分子流；

(4)采用磁悬浮转子规对小孔流导比直接测量，使其能够在平衡态加直接校准。

(5)校准装置综合直接测量法、压力衰减法、定向分子流法实现对方向规的校准；

(6)采用带有刻度的方向规固定支架，可以方便的准确调节方向规距球心的距离；

(7)通过串联分子泵，可以使校准室获得更高的真空度；

(8)通过计算机对步进电机控制，提高了方向规与定向分子流夹角的控制精度。

附图说明

图1为方向规校准装置的结构示意图，

其中：1—机械泵、2—小分子泵、3—金属角阀、4—大抽速分子泵、5-限流孔板、6—参考规、7—监测规、8-刻度尺、9—校准室、10—方向规、11-电容薄膜规、12-上游室、13-方向规支架、14-磁流体密封传动机构、15—步进电机、16-聚四氟乙烯引线、17小孔-针阀、18-微调阀、18-稳压室、19-磁悬浮转子规、20-稳压室、21-真空规、22-减压阀、23-高压气瓶、24-机械泵；

图2为校准室平面图，

其中：1-抽气系统，2、5-操作法兰，3-观察窗口，4-进气口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

本发明的一种方向规的校准装置，包括进气系统、校准室、方向规控制系统及抽气系统，如图1所示；

进气系统由高压气瓶23、减压阀22、稳压室20、机械泵24、微调阀18及上游室12依次串联组成，稳压室20连有真空规21，上游室12连有用于测量上游室气体压力的磁悬浮转子规19和电容薄膜规11。

校准室9采用球形容器结构，直径为0.5m，选用真空熔炼的特殊SUS316L不锈钢制作，内表面进行电抛光处理，然后进行严格的真空清洗工艺处理，其极限真空度为10^-7Pa。校准室9顶端开有充气法兰，底端分开有抽气法兰，校准室赤道面开有用于安装参考真空规6、监测规7、方向规支架13的标准CF法兰接口；如图2所示，为了便于方向规安装，校准室9上还开有两个φ160的操作法兰和一个φ160的超高法兰观察窗；

方向规控制系统由参考真空规6、监测规7、方向规10、步进电机15、磁力传动器14、方向规固定架13、标有刻度的支架8组成。

抽气系统由机械泵1、小分子泵2、金属角阀3、大抽速分子泵4依次串联组成；机械泵1的抽速为4L/s，小分子泵2的抽速为46L/s，大抽速分子泵4的抽速为2000L/s，在两分子泵之间装置金属角阀3，为了在停止工作时使将校准室与抽气系统隔开；

校准室9顶端通过充气法兰与进气系统的上游室12连接，且连接处设有小孔或针阀17，孔径为0.002m，对氮气的分子流导为3.710×10^-4。校准室9底端通过抽气法兰与抽气系统的大抽速分子泵4相连，且连接处设有限流孔板5，孔径为0.033m，对氮气的分子流导为9.957×10^-2m³/s；真空规6、监测规7、方向规支架13通过标准CF法兰接口固定在校准室9上，标有刻度的支架8在校准室9内部与方向规支架13上垂直固定，方向规10固定在标有刻度的支架8上，磁流体密封传动机构14、步进电机15通过方向规支架13固定在校准室9外，步进电机15的转动通过计算机进行控制，转动磁流体密封传动机构14可使方向规在球内运动，其转速为0.1转/分，转动范围为0～360°，转动精度小于1°。

Claims (2)

1.一种方向规的校准装置，其特征在于：包括进气系统、校准室(9)、方向规控制系统及抽气系统；其中，进气系统由高压气瓶(23)、减压阀(22)、稳压室(20)、机械泵(24)、微调阀(18)及上游室(12)依次串联组成，稳压室(20)连有真空规(21)，上游室(12)连有用于测量上游室气体压力的磁悬浮转子规(19)和电容薄膜规(11)；校准室(9)采用球形容器结构，校准室(9)顶端开有充气法兰，底端分开有抽气法兰，校准室赤道面开有用于安装参考真空规(6)、监测规(7)、方向规支架(13)的标准CF法兰接口，以及两个操作法兰和一个超高法兰观察窗；方向规控制系统由参考真空规(6)、监测规(7)、方向规(10)、步进电机(15)、磁力传动器(14)、方向规固定架(13)、标有刻度的支架(8)组成；抽气系统由机械泵(1)、小分子泵(2)、金属角阀(3)、大抽速分子泵(4)依次串联组成；

校准室(9)顶端通过充气法兰与进气系统的上游室(12)连接，且连接处设有小孔或针阀(17)，校准室(9)底端通过抽气法兰与抽气系统的大抽速分子泵(4)相连，且连接处设有限流孔板(5)；真空规(6)、监测规(7)、方向规支架(13)通过标准CF法兰接口固定在校准室(9)上，标有刻度的支架(8)在校准室(9)内部与方向规支架(13)上垂直固定，方向规(10)固定在标有刻度的支架(8)上，磁流体密封传动机构(14)、步进电机(15)通过方向规支架(13)固定在校准室(9)外。

2.如权利要求1所述的一种方向规的校准装置，其特征在于：步进电机(15)的转动通过计算机进行控制，转动磁流体密封传动机构(14)使方向规在球内运动。

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