CN108267265A - 真空计校准装置及方法 - Google Patents

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云鹏俊
张壮伟
高利鹏
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唐威
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    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination

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Abstract

本发明涉及仪器校准技术领域，具体公开了真空计校准装置及方法，包括校准室、阀门、卡箍和管路，阀门通过卡箍与管路的一端连接，管路的另一端与校准室固定连接，标准真空计和被检真空计分别通过卡箍与阀门固定连接，控制阀门开启，对校准室抽真空，测量校准室内真空压力值，实现对被检真空计的校准。采用本发明装置进行真空计校准，可靠性高，方法的不确定度和误差极限完全能够满足国防计量量值传递要求。

Description

真空计校准装置及方法
技术领域
本发明属于仪器校准技术领域，具体涉及一种真空计校准装置及方法。
背景技术
真空计、真空规是普遍采用的测量真空的计量器具，它们具有精度高，便于远距离、多点和自动控制的特点，在工业生产上广泛应用。目前，国内外大多数计量实验室都已建立校准装置，主要采用比对法和动态流量法。利用电容薄膜真空计和磁悬浮转子真空计作为参考标准，校准范围为105～10-4Pa。
在生产、科研过程中，很多关键工艺环节是在真空状态下进行的，很多生产单位均有使用高真空计的生产设备，这些设备真空度大都在10-5Pa。为有效控制生产工艺参数，对使用中的真空计必须进行周期检定校准。由于部分真空计不能拆卸，需要进行现场检定，如中核包头核燃料元件厂关键设备涂覆炉，该设备所用真空计测量数值是该设备关键参数，为强制检定项目，但目前无法进行检定。
因此，建立高真空检定校准装置，可以保证有效控制生产工艺参数，节约外送检定费，解决真空计检定校准难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空计校准装置及方法，实现对真空计、真空规进行校准。
本发明的技术方案如下：
真空计校准装置，用于通过标准真空计来校准被检真空计，或通过标准真空规来校准被检真空规，其特征在于：包括校准室、阀门A、阀门B、阀门C、阀门D、阀门E、卡箍和管路；
所述的校准室为空心球体，球体结构的内部压力均匀，气体分子均匀碰撞；
所述的阀门A、阀门B、阀门C、阀门D、阀门E分别通过卡箍与管路连接，管路的另一端与校准室固定连接；
所述的阀门A、阀门B、阀门D和阀门E均设于校准室的赤道平面上，阀门A的轴线与阀门B的轴线互相垂直，阀门A与阀门D共轴，阀门E的轴线与阀门D的轴线成60°夹角，且阀门E的轴线与阀门A的轴线成120°夹角，所述阀门C的轴线垂直于校准室的赤道平面。
所述的标准真空计的两个引脚分别通过卡箍与阀门B和阀门C固定连接；
所述的被检真空计根据型号不同分为一个引脚和两个引脚两种类型，一个引脚的被检真空计通过卡箍与阀门D或阀门E固定连接，两个引脚的被检真空计通过卡箍与阀门D和阀门E固定连接。
所述的校准室的内直径取值范围为190～210mm。
所述的校准室的壁厚取值范围为1.5～2.5mm。
所述的校准室的材质选择316不锈钢且表面抛光处理。
所述的阀门A、阀门B、阀门C、阀门D和阀门E均为相同规格的高真空截止阀。
所述的卡箍为KF卡箍、CF卡箍中的一种。
一种真空计校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：把阀门A、阀门B、阀门D和阀门E分别通过卡箍与管路连接，管路的另一端与校准室固定连接，保持所有阀门开启；
第二步：首先把标准真空计连接到校准室，再把被检真空计连接到校准室；
第三步：手动旋转卡箍，确保所有的卡箍已拧紧；
第四步：分别启动标准真空计的电源和被检真空计的电源；
第五步：通过抽气装置对校准室抽真空；
第六步：随着校准室内的真空压力下降到各个校准点，进行测量、记录、比对，实现对被检真空计进行校准；
第七步：拆除标准真空计、被检真空计和所有阀门，结束校准。
第六步中，所述的各个校准点按照国家标准规范进行选取。
第六步中，测量次数根据被检真空计的量程范围选择，测量次数大于等于27次。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明研制了校准装置并建立了真空计校准方法，实现了真空计量器具的校准，该校准方法可靠性高，方法的不确定度和误差极限完全能够满足国防计量量值传递要求；
(2)本发明装置已应用于AP1000元件、重水堆元件制造过程中部分真空计量器具的校准；
(3)本发明方法的研究及应用，使真空计量器具得到有效控制，避免了因计量器具的失控，造成产品的质量风险，保证了科研生产的顺利进行，同时节约了外送校准费用；
(4)本发明装置在校准室上同时设计DN16、DN25两种型号接口，同时可拆卸、体积小、重量轻、便于携带，且满足密封性要求，可实现现场真空计、真空规的校准；
(5)本发明为其它核燃料元件校准方法的技术研究提供了借鉴，为今后技术标准的制定提供了基础性数据；
(6)本发明独创设计校准室，气体分子在校准室内均匀碰撞，且碰撞次数最少，到达标准真空计和被检真空计的时间短且概率相同，测量效率高；工作时，由抽气装置将空气抽走，通过截止阀控制实现校准点的稳定实现，检定校准时，输出真空压力可实时观测。
附图说明
图1为真空计校准装置示意图。
图中：1.校准室；2.阀门A；3.阀门B；4.阀门C；5.阀门D；6.阀门E6。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种真空计校准装置，通过标准真空计来校准被检真空计，或通过标准真空规来校准被检真空规，包括校准室1、阀门A2、阀门B3、阀门C4、阀门D5、阀门E6、卡箍和管路。
所述的校准室1为空心球体，球体结构的内部压力均匀，使气体分子均匀碰撞，且碰撞次数最少。校准室1的内直径取值范围为190～210mm，壁厚取值范围为1.5～2.5mm，材质选择316不锈钢且表面抛光处理。
所述的阀门A2、阀门B3、阀门C4、阀门D5、阀门E6分别通过卡箍与管路连接，管路的另一端与校准室1固定连接。其中，所述的阀门A2、阀门B3、阀门D5和阀门E6均设于校准室1的赤道平面上，阀门A2的轴线与阀门B3的轴线互相垂直，阀门A2与阀门D5共轴，阀门E6的轴线与阀门D5的轴线成60°夹角，且阀门E6的轴线与阀门A2的轴线成120°夹角。所述阀门C4的轴线垂直于校准室1的赤道平面。所述的阀门A2、阀门B3、阀门C4、阀门D5和阀门E6均为相同规格的高真空截止阀。所述的卡箍为KF卡箍、CF卡箍中的一种。
所述的标准真空计的两个引脚分别通过卡箍与阀门B3和阀门C4固定连接，所述的被检真空计根据型号不同分为一个引脚和两个引脚两种类型，一个引脚的被检真空计通过卡箍与阀门D5或阀门E6固定连接，两个引脚的被检真空计通过卡箍与阀门D5和阀门E6固定连接。
一种真空计校准方法，包括以下步骤：
第一步：把阀门A2、阀门B3、阀门C4、阀门D5和阀门E6分别通过卡箍与管路连接，管路的另一端与校准室1固定连接，保持所有阀门开启；
第二步：首先把标准真空计连接到校准室1，再把被检真空计连接到校准室1；
第三步：手动旋转卡箍，确保所有的卡箍已拧紧；
第四步：分别启动标准真空计的电源和被检真空计的电源；
第五步：通过抽气装置对校准室1抽真空；
第六步：随着校准室1内的真空压力下降到各个校准点，进行测量、记录、比对，实现对被检真空计进行校准，所述的各个校准点按照国家标准规范进行选取，测量次数根据被检真空计的量程范围选择，测量次数大于等于27次；
第七步：拆除标准真空计、被检真空计和所有阀门，结束校准。
实施例
所述的校准室1为空心球体，内直径为200mm、壁厚为2mm，在校准室1上设有DN16和DN25接口，其中DN16接口有一个，将阀门E6与校准室1固定连接，其他阀门与校准室1的接口均为DN25接口。将标准真空计和被检真空计分别连接阀门，保证校准室1与标准真空计和被检真空计连接可靠。校准过程将被检真空计与标准真空计连接在校准室1上，保证压力的一致性。
建成后的真空计校准装置与中科院近代物理研究所对量程为760～1×10-4Torr的真空计进行了对比试验，校准结论完全一致。
真空计校准装置的标准真空计准确度的测试结果：示值相对误差为5％。
真空计校准装置的测量范围的测试结果：(1×105～1×10-5)Pa，满足(1×104～1×10-4)Pa要求。
真空计校准装置测量不确定度的测试结果：Urel＝10.12％(k＝2)，满足Urel＝10.12％(k＝2)的要求。
下面给出用本发明真空计校准装置校准某真空计的测量结果：
标准真空计校准值(Pa) 被检真空计示值(Pa) 修正系数k 示值误差(％)
2.4E+01 2.6E+01 0.92 8.3
2.2E+01 2.4E+01 0.92 9.1
5.0E+00 9.7E+00 0.51 94
4.9E+00 9.3E+00 0.53 90
4.3E+00 8.2E+00 0.52 91
4.2E+00 8.0E+00 0.52 90
4.1E+00 7.9E+00 0.52 93
3.8E+00 7.3E+00 0.52 92
3.2E+00 6.2E+00 0.52 94

Claims (10)

1.真空计校准装置，用于通过标准真空计来校准被检真空计，或通过标准真空规来校准被检真空规，其特征在于：包括校准室(1)、阀门A(2)、阀门B(3)、阀门C(4)、阀门D(5)、阀门E(6)、卡箍和管路；
所述的校准室(1)为空心球体，球体结构的内部压力均匀，气体分子均匀碰撞；
所述的阀门A(2)、阀门B(3)、阀门C(4)、阀门D(5)、阀门E(6)分别通过卡箍与管路连接，管路的另一端与校准室(1)固定连接；
所述的阀门A(2)、阀门B(3)、阀门D(5)和阀门E(6)均设于校准室(1)的赤道平面上，阀门A(2)的轴线与阀门B(3)的轴线互相垂直，阀门A(2)与阀门D(5)共轴，阀门E(6)的轴线与阀门D(5)的轴线成60°夹角，且阀门E(6)的轴线与阀门A(2)的轴线成120°夹角，所述阀门C(4)的轴线垂直于校准室(1)的赤道平面。
2.如权利要求1所述的一种真空计校准装置，其特征在于：所述的标准真空计的两个引脚分别通过卡箍与阀门B(3)和阀门C(4)固定连接；
所述的被检真空计根据型号不同分为一个引脚和两个引脚两种类型，一个引脚的被检真空计通过卡箍与阀门D(5)或阀门E(6)固定连接，两个引脚的被检真空计通过卡箍与阀门D(5)和阀门E(6)固定连接。
3.如权利要求1所述的一种真空计校准装置，其特征在于：所述的校准室(1)的内直径取值范围为190～210mm。
4.如权利要求1所述的一种真空计校准装置，其特征在于：所述的校准室(1)的壁厚取值范围为1.5～2.5mm。
5.如权利要求1所述的一种真空计校准装置，其特征在于：所述的校准室(1)的材质选择316不锈钢且表面抛光处理。
6.如权利要求1所述的一种真空计校准装置，其特征在于：所述的阀门A(2)、阀门B(3)、阀门C(4)、阀门D(5)和阀门E(6)均为相同规格的高真空截止阀。
7.如权利要求1所述的一种真空计校准装置，其特征在于：所述的卡箍为KF卡箍、CF卡箍中的一种。
8.一种真空计校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：把阀门A(2)、阀门B(3)、阀门D(5)和阀门E(6)分别通过卡箍与管路连接，管路的另一端与校准室(1)固定连接，保持所有阀门开启；
第二步：首先把标准真空计连接到校准室(1)，再把被检真空计连接到校准室(1)；
第三步：手动旋转卡箍，确保所有的卡箍已拧紧；
第四步：分别启动标准真空计的电源和被检真空计的电源；
第五步：通过抽气装置对校准室(1)抽真空；
第六步：随着校准室(1)内的真空压力下降到各个校准点，进行测量、记录、比对，实现对被检真空计进行校准；
第七步：拆除标准真空计、被检真空计和所有阀门，结束校准。
9.如权利要求8所述的一种真空计校准方法，其特征在于：第六步中，所述的各个校准点按照国家标准规范进行选取。
10.如权利要求8所述的一种真空计校准方法，其特征在于：第六步中，测量次数根据被检真空计的量程范围选择，测量次数大于等于27次。
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