CN102944357B - 一种工作用真空计校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工作用真空计校准装置及方法，属于测量领域。所述装置包括：供气系统、微调阀、标准真空计、标准容器、小孔、波纹管截止阀、校准室、工作用真空计、机械泵、隔断阀、分子泵、全金属插板阀。所述装置延伸了工作用真空计的校准下限，降低了测量不确定度，提高了校准精度，解决了真空度在1×10^-4Pa～1×10^-1Pa范围内工作用真空计的校准。

Description

一种工作用真空计校准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种工作用真空计校准装置及方法，特别是实现真空度在1×10^-4Pa～1×10^-1Pa范围内工作用真空计准确校准的装置及方法，属于测量领域。

背景技术

工作用真空计广泛应用于工业生产各个领域，其测量范围大多在1×10^-4Pa～1×10⁵Pa。工作用真空计的校准是真空计量领域的一个重要研究方向。文献“许红，张书令，唐景远。工作用热传导真空计的现场计量校准.第六届华东三省一市真空学术交流会，2009”介绍了目前工作用真空计校准时所采用的便携式真空校准系统。该系统配备了一台机械泵和一台分子泵，包含1Torr、10Torr、100Torr、1000Torr四个量程的2台薄膜真空计、真空容器、真空管道和阀门等，薄膜真空计精度分别为读数的±0.25％和±0.15％，极限真空可到10^-3Pa。

这种系统的不足之处是装置的极限真空度只能到10^-3Pa，无法实现1×10^-4Pa～1×10^-1Pa范围内工作用真空计的准确校准；配备的标准真空计精度低，使校准不确定度增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作用真空计校准装置及方法，所述装置利用了体积为1L的标准容器和压力衰减比为1/1000的小孔，使标准容器中的压力经过小孔减小后再引入到校准室中，用高精度电容薄膜型真空计作为标准真空计，延伸了工作用真空计的校准下限，降低了测量不确定度，提高了校准精度，解决了真空度在1×10^-4Pa～1×10^-1Pa范围内工作用真空计的校准。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种工作用真空计校准装置，所述装置包括：供气系统、微调阀、标准真空计、标准容器、小孔、波纹管截止阀、校准室、工作用真空计、机械泵、隔断阀、分子泵、全金属插板阀；

供气系统、微调阀、标准容器、小孔、波纹管截止阀、校准室、工作用真空计依次相连，标准真空计与标准容器相连，机械泵与标准容器相连，分子泵通过全金属插板阀与校准室相连，隔断阀一端与机械泵相连，另一端与分子泵相连；

其中，供气系统为气瓶或气袋；微调阀为超高真空全金属微调阀；标准真空计为满量程为1Torr、测量准确度为满量程的0.05%的电容薄膜型真空计；标准容器的体积为1L，小孔的压力衰减系数为1/1000。

本发明所述的一种工作用真空计校准装置的校准方法，所述方法步骤如下：

①打开标准真空计，使标准真空计稳定24小时；

②保持微调阀、隔断阀、全金属插板阀为关闭状态，波纹管截止阀为打开状态，启动机械泵，对标准容器、小孔、校准室及其管路进行抽气，使真空度小于1Pa；

③打开隔断阀和全金属插板阀，启动分子泵，使分子泵正常工作，使校准室达到10^-6Pa的极限真空度，保持校准室的状态等待后续操作；

④打开微调阀，将供气系统中的气体通过标准容器、小孔引入到校准室中，当标准容器达到动态平衡，标准真空计读数稳定且达到所需的校准压力时，关闭微调阀；待校准室中气体压力达到动态平衡后，分别记录标准真空计的压力读数p₁和工作用真空计所显示的压力读数p₂；根据式（I）计算得到校准室的标准压力，

p＝r×p₁                （I）

式中，p为校准室的标准压力；r为小孔的压力衰减系数；

根据式（II）计算校准因子，

$c=\frac{p}{p_2}---\left(\mathrm{II}\right)$

式中，c为校准因子；

其中，步骤④中所述校准压力根据工作用真空计的测量范围确定；

优选重复步骤④，每次选取不同的校准压力，进行多次测量，再将每一次测量计算得到的校准因子取平均值。

有益效果

（1）本发明所述装置及方法能够使校准室的极限真空度达到5×10^-6Pa，利用了体积为1L的标准容器和压力衰减比为1/1000的小孔，有效的延伸工作用真空计的校准下限，能够实现对压力范围为1×10^-4Pa～1×10^-1Pa的工作用真空计的准确校准。

（2）本发明所述装置及方法使用测量准确度为满量程的0.05%的电容薄膜型真空计提供校准时的标准压力读数，降低了测量不确定度，提高了校准精度。

附图说明

图1为本发明所述的一种工作用真空计校准装置的示意图；

其中，1—供气系统、2—微调阀、3—标准真空计、4—标准容器、5—小孔、6—波纹管截止阀、7—校准室、8—工作用真空计、9—机械泵、10—隔断阀、11—分子泵、12—全金属插板阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。

实施例1

如图1所示，一种工作用真空计8校准装置，所述装置包括：供气系统1、微调阀2、标准真空计3、标准容器4、小孔5、波纹管截止阀6、校准室7、工作用真空计8、机械泵9、隔断阀10、分子泵11、全金属插板阀12；

供气系统1、微调阀2、标准容器4、小孔5、波纹管截止阀6、校准室7、工作用真空计8依次相连，标准真空计3与标准容器4相连，机械泵9与标准容器4相连，分子泵11通过全金属插板阀12与校准室7相连，隔断阀10一端与机械泵9相连，另一端与分子泵11相连；

其中，供气系统1为气瓶或气袋；微调阀2为超高真空全金属微调阀2；标准真空计3为满量程为1Torr、测量准确度为满量程的0.05%的电容薄膜型真空计；标准容器4的体积为1L，小孔5的压力衰减系数为1/1000。

本发明所述的一种工作用真空计8校准装置的校准方法，所述方法步骤如下：

①打开标准真空计3，使标准真空计3稳定24小时；

②保持微调阀2、隔断阀10、全金属插板阀12为关闭状态，波纹管截止阀6为打开状态，启动机械泵9，对标准容器4、小孔5、校准室7及其管路进行抽气，使真空度小于1Pa；

③打开隔断阀10和全金属插板阀12，启动分子泵11，使分子泵11正常工作，使校准室7达到5×10^-6Pa的极限真空度，保持校准室7的状态等待后续操作；

④打开微调阀2，将供气系统1中的气体通过标准容器4、小孔5引入到校准室7中，当标准容器4达到动态平衡，标准真空计3读数稳定且达到10^-1Pa数量级的校准压力时，关闭微调阀2；待校准室7中气体压力达到动态平衡后，此时标准真空计3的压力读数p₁为3.25×10^-1Pa，工作用真空计8所显示的压力读数p₂为3.6×10^-4Pa；根据式（I）计算得到校准室7的标准压力，

p＝r×p₁                    （I）

式中，p为校准室7的标准压力，单位：Pa；r为小孔5的压力衰减系数，无量纲；

将p₁=3.25×10^-1Pa、r=1/1000代入式（I），计算得到标准压力p=3.25×10^-4Pa。

根据式（II）计算校准因子，

$c=\frac{p}{p_2}---\left(\mathrm{II}\right)$

式中，c为校准因子，无量纲；

将p₂=3.6×10^-4Pa、p=3.25×10^-4Pa代入式（II），计算得到被校工作用真空计的校准因子为c=0.903。

其中，步骤④中所述校准压力根据工作用真空计8的测量范围确定；

优选重复步骤④，每次选取不同的校准压力，进行多次测量，再将每一次测量计算得到的校准因子取平均值。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种工作用真空计（8）校准装置，其特征在于：所述装置包括：供气系统（1）、微调阀（2）、标准真空计（3）、标准容器（4）、小孔（5）、波纹管截止阀（6）、校准室（7）、工作用真空计（8）、机械泵（9）、隔断阀（10）、分子泵（11）、全金属插板阀（12）；

供气系统（1）、微调阀（2）、标准容器（4）、小孔（5）、波纹管截止阀（6）、校准室（7）、工作用真空计（8）依次相连，标准真空计（3）与标准容器（4）相连，机械泵（9）与标准容器（4）相连，分子泵（11）通过全金属插板阀（12）与校准室（7）相连，隔断阀（10）一端与机械泵（9）相连，另一端与分子泵（11）相连。

2.根据权利要求1所述的一种工作用真空计（8）校准装置，其特征在于：所述供气系统（1）为气瓶或气袋；微调阀（2）为超高真空全金属微调阀（2）；标准真空计（3）为满量程为1Torr、测量准确度为满量程的0.05%的电容薄膜型真空计；标准容器（4）的体积为1L，小孔（5）的压力衰减系数为1/1000。

3.一种采用权利要求1所述的工作用真空计（8）校准装置的校准方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

①打开标准真空计（3），使标准真空计（3）稳定24小时；

②保持微调阀（2）、隔断阀（10）、全金属插板阀（12）为关闭状态，波纹管截止阀（6）为打开状态，启动机械泵（9），对标准容器（4）、小孔（5）、校准室（7）及其管路进行抽气，使真空度小于1Pa；

③打开隔断阀（10）和全金属插板阀（12），启动分子泵（11），使分子泵（11）正常工作，使校准室（7）达到10^-6Pa的极限真空度，保持校准室（7）的状态等待后续操作；

④打开微调阀（2），将供气系统（1）中的气体通过标准容器（4）、小孔（5）引入到校准室（7）中，当标准容器（4）达到动态平衡，标准真空计（3）读数稳定且达到所需的校准压力时，关闭微调阀（2）；待校准室（7）中气体压力达到动态平衡后，分别记录标准真空计（3）的压力读数p₁和工作用真空计（8）所显示的压力读数p₂；根据式（I）计算得到校准室（7）的标准压力，

p＝r×p₁                    （I）

式中，p为校准室（7）的标准压力；r为小孔（5）的压力衰减系数；

根据式（II）计算校准因子，

$c=\frac{p}{p_2}---\left(\mathrm{II}\right)$

式中，c为校准因子；

其中，步骤④中所述校准压力根据工作用真空计（8）的测量范围确定。

4.根据权利要求3所述的一种采用工作用真空计（8）校准装置的校准方法，其特征在于：重复步骤④，每次选取不同的校准压力，进行多次测量，再将每一次测量计算得到的校准因子取平均值。

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