CN101710014B - 一种电离规的抽速和出气率的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种电离规的抽速和出气率的测量装置及方法，特别是采用气体微流量技术实现电离规的抽速和出气率测量的装置及方法，属于测量技术领域。该装置由流量计、可变流导阀、被测电离规、参考规、上真空室、限流小孔、下真空室、抽气机组组成。本发明采用固定流导法气体微流量计提供已知气体流量，流量测量范围宽，测量不确定度小；被测电离规的抽速和出气率值能够精确计算。
Description
技术领域
本发明的一种电离规的抽速和出气率的测量装置及方法，特别是采用气体微流量技术实现电离规的抽速和出气率测量的装置及方法，属于测量技术领域。
背景技术
当电离规的抽气效应引起规管内压力与真空室中压力不同时，就得到错误的压力测量结果，在超高/极高真空条件下这种影响更为明显。所有的电离规都表现的像低抽速真空泵一般在10-5～10-4m3/s之间，因此要想得到准确的测量结果，就必须对电离规的抽速进行测量。文献“J.H.Singleton.Practical guide to theuse Bayard-Alpert ionization gauges.J.Vac.Sci.Technol.A 19(4)，2001.”介绍了一种电离规的抽速的估算方法。该文献中指出，电离规的抽速可通过式(1)进行估算：
p/pg＝Sg/S+1..................(1)
式中，p为系统压力；pg为规管内压力；Sg为电离规抽速；S为系统的有效抽速。
这种方法的不足之处就是无法精确计算电离规的抽速。当电离规的出气效应引起规管内压力与真空室中压力不同时，就得到错误的压力测量结果。热阴极电离规的出气效应在超高/极高真空条件下是一个很大的误差源，冷阴极电离规由于内部没有任何热源，出气率相对较低，因此要想得到准确的测量结果，就必须对电离规特别是热阴极电离规的出气率进行测量。文献“B.R.F.Kendall.Ionization gauge errors at low pressures.J.Vac.Sci.Technol.A 17(4)，1999.”介绍了一种电离规的相对出气率的测量方法。该文献中指出，将不同的电离规安装在十字形或T形接头相邻的臂上，交替的关闭一个电离规，然后观察另一个电离规的读数变化，可在低压力下测量电离规的相对出气率。
这种方法的不足之处就是只能粗略估算电离规的相对出气率，无法精确计算电离规的绝对出气率即出气率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有估算方法的不足之处，提供一种电离规的抽速和出气率的测量装置及方法，特别是采用气体微流量技术实现电离规的抽速和出气率的测量装置及方法，使得电离规抽速和出气率能够精确计算。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种电离规的抽速和出气率的测量装置，它由流量计、可变流导阀、被测电离规、参考规、上真空室、限流小孔、下真空室和抽气机组组成；其连接关系为：流量计与上真空室通过可变流导阀连接；上真空室和下真空室连在一起，中间通过限流小孔隔开；被测电离规和参考规直接连接在上真空室上，抽气机组与下真空室相连并从中抽出气体。
其中，流量计为固定流导法气体微流量计，提供流量的范围为1×10-9～1×10-5Pa.m3/s，被测电离规为热阴极型或为冷阴极型，抽气机组为涡轮分子泵抽气机组。
本发明的一种电离规的抽速和出气率的测量方法，其具体实施步骤为：
1)启动抽气机组，对上真空室和下真空室抽气；
2)启动流量计抽气机组，对流量计所有真空管道抽气；
3)对测量装置进行整体烘烤除气，烘烤温度以匀速率逐渐升至最高点后，保持60～80h，然后再以匀速率逐渐降至室温；
4)继续抽气24～48h，直至上真空室内达到10-8Pa数量级的极限真空；
5)给流量计充入一定压力的气体，调节可变流导阀使其提供已知流量Q1的气体至上真空室；
6)关闭被测电离规，记录参考规在被测电离规开、关前后的读数差dp1；
7)打开被测电离规；
8)给流量计充入一定压力的气体，调节可变流导阀使其提供已知流量Q2的气体至上真空室；
9)关闭被测电离规，记录参考规在被测电离规开、关前后的读数差dp2；
10)被测电离规的抽速由公式(2)计算
dS＝S2×(dp1-dp2)/(Q2-Q1)...................(2)
式中：dS-被测电离规的抽速，m3/s；
S-测量装置的有效抽速，m3/s；
dp1-流量为Q1时开关被测电离规引起参考规读数的变化，Pa；
dp2-流量为Q2时开关被测电离规引起参考规读数的变化，Pa；
Q1-气体微流量计第一次提供的已知气体流量，Pa.m3/s；
Q2-气体微流量计第二次提供的已知气体流量，Pa.m3/s；
11)被测电离规3的出气率由公式(3)计算
dQ＝S×(dp1Q2-dp2Q1)/(Q2-Q1).................(3)
式中：dQ-被测电离规的出气率，m3/s；
S-测量装置的有效抽速，m3/s；
dp1-流量为Q1时开关被测电离规引起参考规读数的变化，Pa；
dp2-流量为Q2时开关被测电离规引起参考规读数的变化，Pa；
Q1-气体微流量计第一次提供的已知气体流量，Pa.m3/s；
Q2-气体微流量计第二次提供的已知气体流量，Pa.m3/s；
所述步骤3)中对流量计、被测电离规、参考规的烘烤温度为120～150℃，对上真空室和下真空室的烘烤温度为200～300℃，烘烤温度上升和下降的匀速率为20～40℃/h。
所述步骤5)、8)中流量计提供流量的范围为1×10-9～1×10-5Pa.m3/s。
本发明与现有技术相比的有益效果是
1)采用固定流导法气体微流量计提供已知气体流量，流量测量范围宽，测量不确定度小。
2)被测电离规的抽速和出气率值能够精确计算。
附图说明
图1是本发明电离规的抽速和出气率的测量装置结构图；
其中，1-流量计、2-可变流导阀、3-被测电离规、4-参考规、5-上真空室、6-限流小孔、7-下真空室、8-抽气机组。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的电离规的抽速和出气率测量装置，由流量计1、可变流导阀2、被测电离规3、参考规4、上真空室5、限流小孔6、下真空室7、抽气机组8组成，其中流量计1为固定流导法气体微流量计。
实施例
1)启动抽气机组8，对上真空室5和下真空室7抽气；
2)启动流量计1抽气机组，对流量计所有真空管道抽气；
3)对测量装置进行整体烘烤除气，对流量计1、被测电离规3、参考规4的烘烤温度为150℃，对上真空室5和下真空室7的烘烤温度为300℃，烘烤温度以匀速率逐渐升至最高点后，保持72h，然后再以匀速率逐渐降至室温，烘烤温度上升和下降的匀速率为30℃/h；
4)继续抽气24～48h，直至上真空室5内达到10-8Pa数量级的极限真空；
5)给流量计1充入压力为3.6×10-3Pa的气体，调节可变流导阀2使其提供已知流量Q1为7.3×10-9Pa.m3/s的气体至上真空室5；
6)关闭被测电离规3，记录参考规4在被测电离规3开、关前后的读数差dp1为4.5×10-8Pa；
7)打开被测电离规3；
8)给流量计1充入压力为6.1×10-2Pa气体，调节可变流导阀2使其提供已知流量Q2为1.2×10-7Pa.m3/s的气体至上真空室5；
9)关闭被测电离规3，记录参考规4在被测电离规3开、关前后的读数差dp2为2×10-8Pa；
10)被测电离规3的抽速由公式(2)计算，dS＝2.1×10-5 m3/s；
11)被测电离规3的出气率由公式(3)计算，dQ＝4.6×10-10Pa.m3/s。
Claims (1)
1.一种电离规的抽速和出气率的测量方法，其特征在于：
1)启动抽气机组(8)，对上真空室(5)和下真空室(7)抽气；
2)启动流量计(1)抽气机组，对流量计所有真空管道抽气；
3)对测量装置进行整体烘烤除气，烘烤温度以匀速率逐渐升至最高点后，保持60～80h，然后再以匀速率逐渐降至室温；
4)继续抽气24～48h，直至上真空室(5)内达到10-8Pa数量级的极限真空；
5)给流量计(1)充入一定压力的气体，调节可变流导阀(2)使其提供已知流量Q1的气体至上真空室(5)；
6)关闭被测电离规(3)，记录参考规(4)在被测电离规(3)开、关前后的读数差dp1；
7)打开被测电离规(3)；
8)给流量计(1)充入一定压力的气体，调节可变流导阀(2)使其提供已知流量Q2的气体至上真空室(5)；
9)关闭被测电离规(3)，记录参考规(4)在被测电离规(3)开、关前后的读数差dp2；
10)被测电离规(3)的抽速由公式(2)计算
dS＝S2×(dp1-dp2)/(Q2-Q1)……………………………………(2)
式中：dS-被测电离规(3)的抽速，m3/s；
S-测量装置的有效抽速，m3/s；
dp1-流量为Q1时开关被测电离规(3)引起参考规(4)读数的变化，Pa；
dp2-流量为Q2时开关被测电离规(3)引起参考规(4)读数的变化，Pa；
Q1-气体微流量计第一次提供的已知气体流量，Pa.m3/s；
Q2-气体微流量计第二次提供的已知气体流量，Pa.m3/s
11)被测电离规(3)的出气率由公式(3)计算
dQ＝S×(dp1Q2-dp2Q1)/(Q2-Q1)……………………………………(3)
式中：dQ-被测电离规(3)的出气率，m3/s；
S-测量装置的有效抽速，m3/s；
dp1-流量为Q1时开关被测电离规(3)引起参考规(4)读数的变化，Pa；
dp2-流量为Q2时开关被测电离规(3)引起参考规(4)读数的变化，Pa；
Q1-气体微流量计第一次提供的已知气体流量，Pa.m3/s；
Q2-气体微流量计第二次提供的已知气体流量，Pa.m3/s；
所述步骤(3)中流量计(1)、被测电离规(3)、参考规(4)的烘烤温度为120～150℃；上真空室(5)和下真空室(7)的烘烤温度为200～300℃，烘烤温度上升和下降的匀速率为20～40℃/h。
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