CN106679897A - 一种漏孔漏率测量装置 - Google Patents

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尉伟
邱克强
寇钰
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Abstract

本发明一种漏孔漏率测量装置属于泄漏检测技术领域，它涉及对漏孔漏率进行测量的一种测量装置；通过引入一个与测量室体积、材料和处理方式完全一样的参考室，可以降低本底放气以及环境温度变化的对测量精度的影响；该装置为全金属真空系统，包括全金属阀门和金属波纹管等真空元件，全金属真空系统可以降低由于小分子气体渗透导致的误差，实现精确测量漏孔漏率的目的。利用本装置可以实现精确测量漏孔漏率的目的；一种漏孔漏率测量装置包括隔膜泵和涡轮分子泵组成的抽气机组、全金属角阀和旋塞阀、气瓶、流量计、绝对真空计、稳压室、测量室、参考室、漏孔漏率测量单元、差压计；利用本发明可以精确测量漏孔漏率，操作过程简单且可以进行重复测量。

Description

一种漏孔漏率测量装置
技术领域
本发明涉及一种漏孔漏率的测量装置，属于泄漏检测技术领域。
背景技术
漏率检测技术在航空航天、半导体工业、高能物理、核工业等方面应用十分广泛，且对泄漏的准确检测要求也越来越高。例如，在航空航天领域，航天器的气密性是影响其在轨安全的重要因素，因此需要准确的对其漏率进行检测；未来的半导体工业将向小型化、集成化方向发展，制作过程中的真空度将直接影响其使用寿命；在高能物理、核工业等领域的装置需要长期工作在较高的真空环境下，因此需要对其气密性进行实时检测。以上这些应用，在很大程度上都是基于对漏孔漏率的准确测量。
目前国内外测量漏孔漏率的主要方法是定容法和恒压法。利用定容法测量漏孔漏率时，需要对气体泄漏进行长时间的累积，测试周期比较长，且真空本底效应和环境温度的变化会对测试结果产生较大的影响。此外使用利用定容法测量漏孔漏率时需要一个制作精度较高的标准容积真空室来实现定容室的体积的准确测量，目前定容室的容积很难做到100mL以下，因此定容法只适用于测量较大漏率的漏孔。恒压法测量漏孔率主要是利用需要一个控制精度较高的反馈系统来保持变容室内气体压力的恒定，目前常用是精密活塞驱动波纹管的方法，测量装置结构复杂，研制费用比较高，相对于定容法而言，恒压法能够实现更小漏率的测量，但仍不能满足绝大多数漏孔的漏率范围。
本发明通过引入一个与测量室体积、材料和处理方式完全一样的参考室，可以降低本底放气以及环境温度变化的影响；该装置为全金属真空系统，包括全金属阀门和金属波纹管等真空元件，全金属真空系统可以降低由于小分子气体渗透导致的误差。利用本装置可以消除传统测量系统由于存在非金属真空元件以及小分子气体渗透导致的测量误差，实现精确测量漏孔漏率的目的。
发明内容
本发明提供一种漏孔漏率测量装置，以达到精确测量漏孔漏率的目的。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种漏孔漏率测量装置，其特征在于一种漏孔漏率测量装置包括参考室、第一阀门、第二阀门、差压计、测量室、第四阀门、测量单元、第五阀门、绝对真空计、稳压室、针阀、流量计、气瓶、隔膜泵、涡轮分子泵、第六阀门、第三阀门、抽气机组；
所述的气瓶通过流量计、针阀与稳压室相连，稳压室上安装有绝对真空计，抽气机组通过第六阀门与稳压室相连，通过第三阀门与参考室相连，测量单元通过第四阀门与测量室相连，通过第五阀门与稳压室相连，参考室通过第一阀门和第二阀门与测量室相连，参考室与测量室之间接有差压计。
所述的一种漏孔漏率测量装置，抽气机组由隔膜泵与涡轮分子泵组成。
所述的一种漏孔漏率测量装置，第一阀门、第二阀门、第三阀门均为完全相同的全金属角阀；第四阀门、第五阀门、第六阀门均为Swagelok旋塞阀。
所述的一种漏孔漏率测量装置，参考室和测量室的材料、体积以及处理工艺完全相同。
所述的一种漏孔漏率测量装置，气瓶与针阀之间接有流量计。
所述的一种漏孔漏率测量装置，稳压室的体积是测量室体积的10倍。
所述的一种漏孔漏率测量装置，测量室、参考室以及稳压室的漏率均小于10-9Pa·m3·s-1。
利用本发明测量漏孔漏率是按照以下步骤完成的：
一、测量室的体积已知为V。
二、关闭针阀，打开第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门，使用抽气机组将系统抽真空至10-3Pa。关闭第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门，关闭隔膜泵和涡轮分子泵，开启针阀，调节针阀将稳压室的压强稳定在指定压强P0。关闭针阀，关闭第一阀门、第二阀门，打开第四阀门、第五阀门，稳压室中的气体经过测量单元泄漏到测量室，差压计记录测量室和参考室之间的压力差随时间的变化，并可计算得到压强随时间的变化率dP/dt。
三、漏孔的漏率可以由下式进行计算：
Q＝V·dP/dt (1)
式中：V(m3)为测量室体积，为压强随时间变化率。
本发明的优点：
一、本发明为全金属真空系统，包括全金属阀门和金属波纹管等真空元件，全金属真空系统可以降低由于小分子气体渗透导致的测量误差。
二、本发明引入了与测量室的材料和体积以及处理方法均相同的参考室以降低材料放气和环境温度变化对测量精度的影响。
三、本发明可以实现快速精确测量漏孔漏率并可以进行重复测量，且测量成本相对较低。
四、只需要调整测量单元的结构就可以实现测量不同类型的漏孔，应用范围广泛。
附图说明
图1是一种漏孔漏率测量装置的结构示意图：
其中1-参考室、2-第一阀门、3-第二阀门、4-差压计、5-测量室、6-第四阀门、7-测量单元、8-第五阀门、9-绝对真空计、10-稳压室、11-针阀、12-流量计、13-气瓶、14-隔膜泵、15-涡轮分子泵、16-第六阀门、17-第三阀门、18-抽气机组。
图2是某次测量过程中获得的差压计示数-时间曲线。
具体实施方式
如图1所示，一种漏孔漏率测量装置包括参考室1、第一阀门2、第二阀门3、差压计4、测量室5、第四阀门6、测量单元7、第五阀门8、绝对真空计9、稳压室10、针阀11、流量计12、气瓶13、隔膜泵14、涡轮分子泵15、第六阀门16、第三阀门17、抽气机组18；
所述的气瓶13通过流量计12、针阀11与稳压室10相连，稳压室10上安装有绝对真空计9，抽气机组18通过第六阀门16与稳压室10相连，通过第三阀门17与参考室1相连，测量单元7通过第四阀门6与测量室5相连，通过第五阀门8与稳压室10相连，参考室1通过第一阀门2和第二阀门3与测量室5相连，参考室1与测量室5之间接有差压计4。
所述的一种漏孔漏率测量装置，第一阀门2、第二阀门3、第三阀门17均为完全相同的全金属角阀；第四阀门6、第五阀门8、第六阀门16均为Swagelok旋塞阀。
所述的一种漏孔漏率测量装置，抽气机组18由隔膜泵14与涡轮分子泵15组成。
所述的一种漏孔漏率测量装置，气瓶13与针阀11之间接有流量计12。
所述的一种漏孔漏率测量装置，参考室1和测量室5的材料、体积以及处理工艺完全相同。
所述的一种漏孔漏率测量装置，稳压室10的体积是测量室5体积的10倍。
所述的一种漏孔漏率测量装置，测量室5、参考室1以及稳压室10的漏率均小于10- 9Pa·m3·s-1。
利用本发明测量漏孔漏率是按照一下步骤完成的：
一、测量室的体积已知为V。
二、关闭针阀11，打开第一阀门2、第二阀门3、第三阀门17、第四阀门6、第五阀门8，第六阀门16，使用抽气机组18将系统抽真空至真空度10-3Pa。关闭第三阀门17、第四阀门6、第五阀门8、第六阀门16，关闭隔膜泵14和涡轮分子泵15，开启针阀11，调节针阀11将稳压室10的压强稳定在指定压强P0。关闭针阀11，关闭第一阀门2、第二阀门3，打开第四阀门6、第五阀门8，稳压室10中的气体经过测量单元7泄漏到测量室5，差压计4记录下测量室5和参考室1之间的压力差随时间的变化率，并可计算得到压强随时间变化率dP/dt。
三、漏孔的漏率可以由下式进行计算：
Q＝V·dP/dt (1)
式中：V(m3)为测量室5的体积，dP/dt为压强随时间的变化率。
如附图2所示为某次测试过程中获得的差压计示数-时间曲线，本实例中测量室体积5为V＝1.89×10-4m3，dP/dt＝0.12617Pa/s，则漏孔的漏率为
Q＝V·dP/dt＝2.38×10-5Pa·m3·s-1.

Claims (7)

1.一种漏孔漏率测量装置，其特征在于一种漏孔漏率测量装置包括参考室(1)、第一阀门(2)、第二阀门(3)、差压计(4)、测量室(5)、第四阀门(6)、测量单元(7)、第五阀门(8)、绝对真空计(9)、稳压室(10)、针阀(11)、流量计(12)、气瓶(13)、第六阀门(16)、第三阀门(17)、抽气机组(18)；
所述的气瓶(13)通过流量计(12)、针阀(11)与稳压室(10)相连，稳压室(10)上安装有绝对真空计(9)，抽气机组(18)通过第六阀门(16)与稳压室(10)相连、通过第三阀门(17)与参考室(1)相连，测量单元(7)通过第四阀门(6)与测量室(5)相连，通过第五阀门(8)与稳压室(10)相连，参考室(1)通过第一阀门(2)和第二阀门(3)与测量室(5)相连，参考室(1)与测量室(5)之间接有差压计(4)。
2.根据权利要求1所述的一种漏孔漏率测量装置，其特征在于第一阀门(2)、第二阀门(3)、第三阀门(17)均为完全相同的全金属角阀；第四阀门(6)、第五阀门(8)、第六阀门(16)均为Swagelok旋塞阀。
3.根据权利要求1所述的一种漏孔漏率测量装置，其特征在于参考室(1)和测量室(5)的材料、体积以及处理工艺完全相同。
4.根据权利要求1所述的一种漏孔漏率测量装置，其特征在于抽气机组由隔膜泵(14)与涡轮分子泵(15)组成。
5.根据权利要求1所述的一种漏孔漏率测量装置，其特征在于气瓶(13)与针阀(11)之间接有流量计(12)。
6.根据权利要求1所述的一种漏孔漏率测量装置，其特征在于稳压室(10)的体积是测量室(5)体积的10倍。
7.根据权利要求1所述的一种漏孔漏率测量装置，其特征在于测量室(5)、参考室(1)以及稳压室(10)的漏率均小于10-9Pa·m3·s-1。
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