CN105067070A - 一种低压力环境中测量真空容器容积比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压力环境中测量真空容器容积比的方法。使用本发明能够适用于低压力环境，且提高了测量结果的准确度。本发明首先建立的测量系统，利用非蒸散性吸气泵泵对惰性气体没有抽速的原理，对真空容积进行抽气，避免了气壁放气对测量精度的影响，并且本发明采用同一个真空计进行压力测量，避免了不同仪器读数偏差引入的测量不确定度，使测量小孔流导的不确定度大大的降低。

Description

一种低压力环境中测量真空容器容积比的方法

技术领域

本发明涉及真空计量技术领域，具体涉及一种低压力环境中测量真空容器容积比的方法。

背景技术

真空容器容积比的测量广泛应用于真空计量领域，从而更好地服务于航空、航天、核工业等重要国防工业之中。文献“静态膨胀法真空标准容积比测量及不确定度评定”(《真空与低温》，2008年第14卷第3期：第143～145页)介绍了一种测量真空容器容积比的方法。该方法使用活塞压力计测量膨胀前后的压力，利用电容薄膜真空计作为比较器，用活塞压力计产生一个较高的初始压力，膨胀后的压力通过一个电容薄膜真空计显示，记下这一示值。然后将活塞压力计与电容薄膜真空计连通，并让它产生一个小压力，使与之相连的电容薄膜真空计示值尽可能地复现上次记录下的示值，记录此时活塞压力计的读数，通过前后两次活塞压力计的读数相比就可以确定容积比。

但是，由于上述方法使用的真空计主要是活塞压力计和电容薄膜真空计，其只能在高压力的环境中使用，不适用于低压力环境。并且，该方法的测量结果的不确定度较大，其使用电容薄膜真空计作为比较器测量膨胀后容器内的压力和在与活塞压力计连接时，通过调节活塞压力计复现之前的指示值时，不能有效防止由于温度波动对电容薄膜真空计精确复现上次记录下的指示值的影响。环境温度波动对压力变化量的该方法的测量结果影响大。并且，高压力环境下测量结果受气壁放气影响较小，而低压力真空环境下气壁放气的影响不容忽略。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低压力环境中测量真空容器容积比的方法，能够适用于低压力环境，且提高了测量结果的准确度。

本发明的低压力环境中真空容器容积比的测量方法，包括如下步骤：

步骤1，建立测量系统；

所述测量系统包括容器A、容器B、非蒸散性吸气泵、真空泵和气瓶；其中，气瓶通过微调阀与容器A连接，用于提供单一成分的惰性气体；容器A和容器B通过真空阀门A连接；容器A中设有真空计A和真空计B，其中，真空计A的量程范围能到达10^-5Pa以下，真空计B的量程范围为10^-2～～10^-5Pa；非蒸散性吸气泵通过真空阀门B与容器B连接；真空泵通过真空阀门C与容器B连接；初始状态，所有真空阀门和微调阀处于关闭状态；

步骤2，开启真空阀门A、真空阀门C，用真空泵对容器A、容器B及其连接管道抽真空至本底压力，即10^-5Pa以下；

步骤3，关闭真空阀门C，打开真空阀门B，开启非蒸散性吸气泵，待容器A内的气体压力稳定后，采用真空计A测量测量系统的本底压力p₀；

步骤4，关闭真空阀门A，开启微调阀，以恒定压力向真空容器A充入单一成分的惰性气体，当真空容器A内的压力为10^-2～10^-5时，关闭微调阀；

步骤5，待真空容器A内的压力平稳后，用真空计B测量真空容器A内的压力，记为起始压力p₁；

步骤6，开启真空阀门A，容器A内的气体扩散至容器B，待测量系统压力平稳后，用真空计B测量真空容器A内的压力，记为终止压力p₂；

步骤7，容器A的容积V₁与容器B的容积V₂的容积比为：

进一步地，真空泵首次抽气或者不能将测量系统抽至本底压力时，对测量系统进行烘烤，烘烤温度为200～250℃，并维持24～48h，在烘烤的同时采用真空泵进行抽气。

进一步地，非蒸散性吸气泵首次使用或者其抽气效率降低时，需要对非蒸散性吸气泵进行激活，具体方法为：在测量系统烘烤维持阶段，打开非蒸散型吸气剂泵的真空阀门B，开启非蒸散型吸气剂泵，运行2～4h后停止，然后关闭真空阀门B。

进一步地，所述步骤3、步骤5和步骤6中，当气体压力变化小于0.01％时，认为压力稳定。

进一步地，重复步骤2～步骤7，获得多个取的多次测量的平均值作为最终的容积比。

有益效果：

本发明采用了非蒸散性吸气泵泵对惰性气体没有抽速的原理，避免了气壁放气对测量精度的影响，并且本发明采用同一个真空计进行压力测量，避免了不同仪器读数偏差引入的测量不确定度，使测量小孔流导的不确定度大大的降低。

附图说明

图1为本发明测量系统结构示意图。

其中，1-微调阀1，2-容器A，3-真空计A，4-真空阀门A，5-容器B，6-真空阀门B，7-非蒸散性吸气泵，8-真空计B，9-真空泵，10-真空阀门C，11-气瓶。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种低压力环境中测量真空容器容积比的方法，采用如图1所示的测量系统进行测量，利用同一个真空计进行测量，提高了容器容积比的测量精度；同时利用非蒸散型吸气剂泵对惰性气体没有抽速的原理，在低压力环境下消除了气壁放气的影响，进一步提高了测量精度。

本发明的测量系统包括微调阀1、容器A2、真空计A3、真空阀门A4、容器B5、真空阀门B6、非蒸散性吸气泵7、真空计B8、真空泵9、真空阀门C10和气瓶11，其中，气瓶11用于提供单一成分的惰性气体，气瓶11通过微调阀1与容器A2连接；容器A2和容器B5通过真空阀门A4连接，真空计A3和真空计B8设置在容器A2中，其中，真空计A3的量程范围能到达10^-5Pa以下，能够测量到容器A2的本底压力p₀，真空计B8的量程范围为10^-2～～10^-5Pa；非蒸散性吸气泵7通过真空阀门B6与容器B5连接；真空泵9通过真空阀门C10与容器B5连接。初始状态，真空阀门4、6、10和微调阀1处于关闭状态。

具体测量方法如下：

步骤1，开启真空阀门A4、真空阀门C10，用真空泵9对容积为V₁的容器A2、容积为V₂的容器B5及其连接管道抽真空至本底压力(10^-5Pa以下)；

在首次抽气或者不能抽气至本底压力时，对测量系统进行烘烤，烘烤温度为200～250℃，并维持24～48h，在烘烤过程中同时进行抽气，从而使得容器A2和容器B5能够被抽至本底压力。

步骤2，关闭真空阀门C10，打开真空阀门B6，开启非蒸散性吸气泵7，用于消除气壁放气的影响，待容器A2内的气体压力稳定后，采用真空计A3测量测量系统的本底压力p₀。

非蒸散性吸气泵(NEG泵)7首次使用或者抽气效率降低时，需要对非蒸散性吸气泵7进行激活，除去非蒸散性吸气泵7内的气体，具体方法为：在系统烘烤最高温度保持期间，打开非蒸散型吸气剂泵7的真空阀门B6，开启非蒸散型吸气剂泵7，运行(2～4)h后停止，然后关闭真空阀门B6。

其中，当容器A2内的气体压力变化小于0.01％时，认为压力稳定。

步骤3，关闭真空阀门A4，开启微调阀1，向真空容器A2充入单一成分的惰性气体，调解微调阀1，使惰性气体以恒定压力流入真空容器，当真空容器A2内的压力为10^-2～10^-5时，关闭微调阀1，停止充气；

步骤4，待真空容器A2内的压力平稳后，用真空计B8测量真空容器A2内的压力，记为起始压力p₁；

步骤5，开启真空阀门A4，容器A2内的气体扩散至容器B5，待测量系统压力平稳后，用真空计B8测量真空容器A2内的压力，记为终止压力p₂；

步骤6，容器A2的容积V₁与容器B5的容积V₂的容积比为：

进一步地，可以重复测试几次，取的多次测量的平均值。

本发明方法适用于静态膨胀法容积比测量、电容薄膜真空计、磁悬浮转子真空计精确校准、极小气体流量精确校准等领域。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低压力环境中真空容器容积比的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立测量系统；

所述测量系统包括容器A(2)、容器B(5)、非蒸散性吸气泵(7)、真空泵(9)和气瓶(11)；其中，气瓶(11)通过微调阀(1)与容器A(2)连接，用于提供单一成分的惰性气体；容器A(2)和容器B(5)通过真空阀门A(4)连接；容器A(2)中设有真空计A(3)和真空计B(8)，其中，真空计A(3)的量程范围能到达10^-5Pa以下，真空计B(8)的量程范围为10^-2～～10^-5Pa；非蒸散性吸气泵(7)通过真空阀门B(6)与容器B(5)连接；真空泵(9)通过真空阀门C(10)与容器B(5)连接；初始状态，所有真空阀门(4、6、10)和微调阀(1)处于关闭状态；

步骤2，开启真空阀门A(4)、真空阀门C(10)，用真空泵(9)对容器A(2)、容器B(5)及其连接管道抽真空至本底压力，即10^-5Pa以下；

步骤3，关闭真空阀门C(10)，打开真空阀门B(6)，开启非蒸散性吸气泵(7)，待容器A(2)内的气体压力稳定后，采用真空计A(3)测量测量系统的本底压力p₀；

步骤4，关闭真空阀门A(4)，开启微调阀(1)，以恒定压力向真空容器A(2)充入单一成分的惰性气体，当真空容器A(2)内的压力为10^-2～10^-5时，关闭微调阀(1)；

步骤5，待真空容器A(2)内的压力平稳后，用真空计B(8)测量真空容器A(2)内的压力，记为起始压力p₁；

步骤6，开启真空阀门A(4)，容器A(2)内的气体扩散至容器B(5)，待测量系统压力平稳后，用真空计B(8)测量真空容器A(2)内的压力，记为终止压力p₂；

步骤7，容器A(2)的容积V₁与容器B(5)的容积V₂的容积比为： $\frac{V_1}{V_2}=\frac{p_1-p_0}{p_2-p_0}-1.$

2.如权利要求1所述的低压力环境中真空容器容积比的测量方法，其特征在于，真空泵(9)首次抽气或者不能将测量系统抽至本底压力时，对测量系统进行烘烤，烘烤温度为200～250℃，并维持24～48h，在烘烤的同时采用真空泵(9)进行抽气。

3.如权利要求1所述的低压力环境中真空容器容积比的测量方法，其特征在于，非蒸散性吸气泵(7)首次使用或者其抽气效率降低时，需要对非蒸散性吸气泵(7)进行激活，具体方法为：在测量系统烘烤维持阶段，打开非蒸散型吸气剂泵(7)的真空阀门B(6)，开启非蒸散型吸气剂泵(7)，运行2～4h后停止，然后关闭真空阀门B(6)。

4.如权利要求1所述的低压力环境中真空容器容积比的测量方法，其特征在于，所述步骤3、步骤5和步骤6中，当气体压力变化小于0.01％时，认为压力稳定。

5.如权利要求1所述的低压力环境中真空容器容积比的测量方法，其特征在于，重复步骤2～步骤7，获得多个取的多次测量的平均值作为最终的容积比。