CN113310626A - 真空计校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空计校准装置及校准方法，包括依次相连通的供气源、流量流量计、第一真空阀门、校准室、限流孔、第三阀真空阀、分子泵抽气机组、第四真空阀和前级泵，所述校准室具有赤道平面，所述赤道平面上开设有法兰接口分别连接有第一真空计、第二真空计和第二真空阀门，所述第二真空阀门的另一端分别与第三真空计、第五真空阀门、第六真空阀门、第七真空阀门相连接，所述第五真空阀门的另一端连接有真空室，第六真空阀门另一端连接有第四真空计，所述第七真空阀门的另一端与所述前级泵相连接，所述赤道平面上还设有校准接口用于连接待校准真空计。本发明的真空计校准装置校准操作方便，校准精度高。

Description

真空计校准装置及校准方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种真空计校准装置及校准方法。

背景技术

真空计量检测是保证产品质量、工程质量和重要任务可靠性的手段，因此，真空计在使用时的校准是必不可少的。目前，对于真空计的校准，通常是将真空计送往实验室校准，此方式校准周期长并且许多试验设备上的真空计存在不便拆卸的问题，难以进行校准操作，尤其是对于集成化在设备上的真空计基本不可能实现送往实验室进行校准。另一方面，现有的真空计校准方法能够校准的量程有限，不同精度的真空计的校准，校准精度无法有效保证。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种真空计校准装置及校准方法，解决真空计校准精度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种真空计校准装置，包括依次相连通的供气源、流量流量计、第一真空阀门、校准室、限流孔、第三阀真空阀、分子泵抽气机组、第四真空阀门和前级泵，所述校准室具有赤道平面，所述赤道平面上开设有法兰接口分别连接有第一真空计、第二真空计和第二真空阀门，所述第二真空阀门的另一端分别与第三真空计、第五真空阀门、第六真空阀门、第七真空阀门相连接，所述第五真空阀门的另一端连接有真空室，第六真空阀门另一端连接有第四真空计，所述第七真空阀门的另一端与所述前级泵相连接，所述赤道平面上还设有校准接口用于连接待校准真空计。

根据本发明的一个方面，所述流量计的气体流量范围为10^-5～10^-10Pam³/s，并且测量合成标准不确定度小于3％。

根据本发明的一个方面，校准室设置为具有空腔的圆球结构，所述圆球结构顶端和底端分别设有连接法兰，所述圆球结构顶端的连接法兰与所述第一真空阀门相连接，所述限流孔设置在所述圆球结构底端的连接法兰上与所述第三真空阀门相连接。

根据本发明的一个方面，所述限流孔的直径为110mm，孔径壁厚小于0.2mm。

根据本发明的一个方面，所述赤道平面为通过所述校准室球心并且与所述校准室的顶端法兰与底端法兰平面的连接线相垂直的截面；

相邻所述赤道平面上的法兰接口与所述校准室球心连接线的夹角为60°。

根据本发明的一个方面，所述分子泵抽气机组的抽速大于50L/s。

根据本发明的一个方面，所述分子泵抽气机组包括相互连接的第一分子泵和第二分子泵，所述第一分子泵的另一端与所述第四真空阀门连接，所述第二分子泵的另一端与所述第三真空阀门连接。

根据本发明的一个方面，所述第一真空计的测量量程为10^-1～10^-8Pa，测量的合成标准不确定度小于5％，所述第三真空计和第四真空计的测量量程分别为10⁵～10²Pa和10²～10^-1Pa，所述第三真空计和第四真空计的测量合成标准不确定度小于1％。

本发明还提供一种利用上述真空计校准装置的真空计校准方法，包括：

包括：

S1、将待校准真空计安装在所述校准室的校准接口上，连接后进行检漏；

S2、打开所述第二真空计，若所述第二真空计的读数大于第一预设值，则对所述校准室进行抽真空操作；

S3、打开第一真空计、第三真空计、第四真空计和待校准真空计，当所述第二真空计显示所述校准室中的真空度小于第二预设值，并且稳定一小时之后，对第三真空计和第四真空计进行调零操作；

S4、对所述待校准真空计的10^-1-10^-7量程范围进行校准；

S5、对所述待校准真空计的10²-10^-1量程范围进行校准；

S6、对所述待校准真空计的10⁵-10²量程范围进行校准。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S2中，对所述校准室进行抽真空操作包括：

判断所述第一预设值是否大于所述分子泵抽气机组的工作量程，若所述第一预设值在所述分子泵抽气机组的工作量程内，则打开所述第三真空阀门、第二分子泵和第一分子泵对所述校准室进行抽真空。

根据本发明的一个方面，若所述第一预设值大于所述分子泵抽气机组的工作量程，则打开所述第二真空阀门、第七真空阀门和前级泵先对所述校准室抽真空至其压力小于所述分子泵抽气机组的工作量程；

关闭所述第二真空阀门、第七真空阀门和前级泵，打开所述第三真空阀门、第二分子泵和第一分子泵对所述校准室继续抽真空。

根据本发明的一个方面，所述步骤S4包括：

对所述校准室进行抽真空至所述第二真空计指示值小于第三预设值，通过所述供气源经过所述流量计、第一真空阀门将气体引入所述校准室，使所述校准室的气压由10^-7Pa逐渐增大到10^-1Pa，在10^-7Pa到10^-1Pa之间选择多个压力校准点读取每个压力校准点的所述第一真空计和待校准真空计的指示值分别为P_G1和P_G，根据C₁＝P_G1/P_G计算获得10^-1-10^-7量程范围内的校准曲线。

根据本发明的一个方面，所述步骤S4包括：

对所述校准室进行抽真空至所述第二真空计指示值小于第三预设值，通过所述供气源经过所述流量计、第一真空阀门将气体引入所述校准室，使所述校准室的气压由10^-7Pa逐渐增大到10^-1Pa，在10^-7Pa到10^-1Pa之间选择多个压力校准点，通过P_标准＝Q/C计算获得每个压力校准点的标准值以及通过待校准真空计读取每个压力校准点的指示值P_G1，根据C₂＝P_标准/P_G1计算获得10^-1-10^-7量程范围内的校准曲线；

其中，Q表示所述流量计提供的气体流量，C表示所述限流小孔的分子流导值。

根据本发明的一个方面，所述步骤S5包括：

关闭所述第一真空计和第三真空计，打开所述第二真空阀门和第六真空阀门，通过所述供气源经过所述流量计、第一真空阀门将气体引入所述校准室，使所述校准室的气压由10^-1Pa逐渐增大到10²Pa，在10^-1Pa到10²Pa之间选择多个压力校准点，读取每个压力校准点的所述第四真空计和待校准真空计的指示值分别为P_G4和P_G2，根据C₃＝P_G4/P_G2计算获得10^-1-10²量程范围内的校准曲线。

根据本发明的一个方面，所述步骤S6包括：

关闭所述第六真空阀门和第四真空计，打开所述第三真空计，通过所述供气源经过所述流量计、第一真空阀门将气体引入所述校准室，使所述校准室的气压由10²Pa逐渐增大到10⁵Pa，在10²Pa到10⁵Pa之间选择多个压力校准点，读取每个压力校准点的所述第三真空计和待校准真空计的指示值分别为P_G3和P_G3，根据C₄＝P_G3/P_G3计算获得10²-10⁵量程范围内的校准曲线。

根据本发明的一个方面，还包括对所述真空计校准装置的核查校准：

打开所述第二真空阀门、第五真空阀门、第六真空阀门和第四真空计，打开第三真空阀门对所述校准室进行抽真空，在所述第二真空计指示值小于10^-4后，关闭所述第三真空阀门；

通过所述供气源经过所述流量计、第一真空阀门将气体引入所述校准室，用所述第四真空计测量所述真空室中的取样气体压力，所述取样气体压力在1-100pa范围内；

关闭所述第五真空阀门，打开所述第三真空阀门对所述校准室及所述校准室与所述第五真空阀门之间管道抽真空；

当所述第二真空计的指示值小于5×10^-4Pa后，关闭所述第三真空阀门，打开所述第五真空阀门，由P＝P₀V计算得到标准压力，其中P₀表示所述取样压力值，V表示所述真空室的体积V1与校准室加上第二真空阀、第三真空计、第五真空阀门、真空室的总体积V2的比值；

由所述第一真空计的读数与所述P的比值获得核查修正因子C5＝PG1/P，C5表示核查修正因子，PG1表示第一真空计的读数。

根据本发明的一个方面，所述V＝V1/V2数值的确定包括：

打开所述第五真空阀门，关闭所述第六真空阀门，开所述第三真空阀门抽真空；

在所述第二真空计的指示值小于1×10^-3Pa时，关闭第三真空阀门，通过所述供气源经过所述流量计、第一真空阀门将气体引入所述校准室，打开所述第二真空阀门和第三真空计，用第三真空计(G3)测量校准室中的气体压力P1；

关闭第五真空阀门、第三真空阀门和第四真空阀门，打开第七真空阀门通过前级泵对校准室及管道抽真空；

在第二真空计指示值小于50Pa后，关闭所述第七真空阀门，开打第四真空阀门和第三真空阀门对校准室抽真空；

当第二真空计的指示值小于1×10^-2Pa时，关闭所述第三真空阀门，打开第五真空阀门将真空室中的气体引入管道及校准室中膨胀；

在压力稳定后，用所述第三真空计测量所述膨胀后的压力为P2，则V＝V1/V2＝P2/P1；

将上述过程重复多次，获得多个V值后求取平均值即为最终的V值带入公式P＝P₀V。

本发明的真空计校准装置，在校准室的赤道平面上设有校准接口用于连接待校准真空计，相比于现有技术中将待校准真空计需要送往实验室校准的来说，操作更为简单。同时也可以避免待校准真空计安装在设备上不方便拆卸无法进行校准的问题。

本发明的真空计校准方法，可以满足10^-7-10⁵量程范围内的真空计的校准，解决了航空航天、半导体、太阳能光伏、冶金、电力、医药、核工业等广泛应用领域现场真空计量检测的需求，保证了产品的质量，尤其保障了重大工程的顺利实施和可靠性。此外，本发明的真空计校准放方法，分别针对10^-7-10^-1、10²-10^-1、10⁵-10²量程范围使用不同的校准方法，能够确保校准的高精度。

本发明的真空计校准方法，还包括对真空计校准装置的核查校准，即使用本发明的真空计校准装置对真空计进行校准，还可以对本发明的真空计校准装置进行不定期的核查，以进一步提升本校准精度。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的真空计校准装置的组成示图；

图2示意性表示根据本发明一种实施方式的利用本发明的真空计校准装置对待校准真空计10^-7-10^-1量程范围的校准；

图3示意性表示根据本发明第二种实施方式的利用本发明的真空计校准装置对待校准真空计10^-7-10^-1量程范围的校准；

图4示意性表示利用本发明的真空计校准装置对待校准真空计10^-1-10⁵量程范围的校准。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，本发明提供一种真空计校准装置，包括依次相连通的供气源、流量流量计F、第一真空阀门V1、校准室VC1、限流孔C1、第三阀真空阀V3、分子泵抽气机组TMP、第四真空阀门V4和前级泵RP。校准室VC1具有赤道平面，赤道平面上开设有法兰接口分别连接有第一真空计G1、第二真空计G2和第二真空阀门V2。第二真空阀门V2的另一端分别与第三真空计G3、第五真空阀门V5、第六真空阀门V6、第七真空阀门V7相连接。第五真空阀门V5的另一端连接有真空室VC2，第六真空阀门V6另一端连接有第四真空计G4，第七真空阀门V7的另一端与前级泵RP相连接。赤道平面上还设有校准接口用于连接待校准真空计G5。

本发明的真空计校准装置，在校准室VC1的赤道平面上设有校准接口用于连接待校准真空计G5，相比于现有技术中将待校准真空计需要送往实验室校准的来说，操作更为简单。同时也可以避免待校准真空计安装在设备上不方便拆卸无法进行校准的问题。

本发明真空计校准装置，根据本发明的一种实施方式，流量计F的气体流量范围为10^-5～10^-10Pam³/s，并且测量合成标准不确定度小于3％。本发明的真空计校准装置，可以采用不同的气体实现校准目的，不局限于某一种气体(例如氮气)才可以实现校准的目的。

根据本发明的一种实施方式，校准室VC1设置为具有空腔的圆球结构，圆球结构顶端和底端分别设有连接法兰，圆球结构顶端的连接法兰与第一真空阀门V1相连接，限流孔C1设置在所述圆球结构底端的连接法兰上与第三真空阀门V3相连接。

根据本发明的一种实施方式，校准室采用的是直径为250mm的圆形球，限流孔C1的直径为110mm，孔径壁厚小于0.2mm。

本发明的校准室VC1得赤道平面为通过校准室VC1球心并且与校准室VC1的顶端法兰与底端法兰平面的连接线相垂直的截面。根据本发明的一种实施方式，相邻赤道平面上的法兰接口与校准室(VC1)球心连接线的夹角为60°，如此可以有效避免各组件产生干涉。

本发明的分子泵抽气机组TMP的抽速大于50L/s，满足此抽速有利于保证抽真空的效果。根据本发明的一种实施方式，本发明的分子泵抽气机组TMP包括相互连接的第一分子泵TMP1和第二分子泵TMP2，第一分子泵TMP1的另一端与第四真空阀门V4连接，所述第二分子泵TMP2的另一端与所述第三真空阀门V3连接。

根据本发明的一种实施方式，第一真空计G1的测量量程为10^-1～10^-8Pa，测量的合成标准不确定度小于5％，第三真空计G3和第四真空计G4的测量量程分别为10⁵～10²Pa和10²～10^-1Pa，第三真空计G3和第四真空计G4的测量合成标准不确定度小于1％。满足上述设定，有利于保证本发明的真空计校准装置对于真空计校准的精度。

本发明还提供一种利用上述真空计校准装置的校准方法，包括：

S1、将待校准真空计G5安装在校准室VC1的校准接口上，连接后进行检漏；

S2、打开第二真空计G2，若第二真空计G2的读数大于第一预设值，则对校准室VC1进行抽真空操作；

S3、打开第一真空计G1、第三真空计G3、第四真空计G4和待校准真空计，当第二真空计(G2)显示校准室VC1中的真空度小于第二预设值，并且稳定一小时之后，对第三真空计G3和第四真空计G4进行调零操作；

S4、对待校准真空计G5的10^-1-10^-7量程范围进行校准；

S5、对待校准真空计G5的10²-10^-1量程范围进行校准；

S6、对待校准真空计G5的10⁵-10²量程范围进行校准。

根据本发明的一种实施方式，其中第一预设值为500Pa，第二预设值为1×10^-3Pa。以下对本发明的真空计校准方法进行详细说明：

在步骤S1中，将待校准真空计G5与校准室VC1赤道平面上的校准接口进行连接，连接后进行检漏。根据本发明的一种实施方式，检漏的方法可以为打开第三真空阀门V3对校准室VC1进行抽真空操作，观察第二真空计G2的读数是否发生变化，如发生变化，则表示待校准真空计G5与校准接口的密封性满足要求。当然，根据本发明的构思，检漏操作方法不具有局限性，在检漏确认待校准真空计G5与校准接口的密封性满足要求之后进行步骤S2。

在步骤S2中，对校准室VC1进行抽真空操作包括：判断第一预设值是否大于分子泵抽气机组TMP的工作量程(根据本发明的一种实施方式，工作量程为10pa)，若第一预设值在分子泵抽气机组TMP的工作量程内，则打开第三真空阀门V3、第二分子泵TMP2和第一分子泵TMP1对校准室VC1进行抽真空。若第一预设值大于分子泵抽气机组TMP的工作量程，则打开第二真空阀门V2、第七真空阀门V7和前级泵RP先对校准室VC1抽真空至其压力小于分子泵抽气机组TMP的工作量程；然后关闭第二真空阀门V2、第七真空阀门V7和前级泵RP，打开第三真空阀门V3、第二分子泵TMP2和第一分子泵TMP1对校准室VC1继续抽真空。

之后在步骤S3中打开第一真空计G1、第三真空计G3、第四真空计G4和待校准真空计，当第二真空计G2显示校准室VC1中的真空度小于第二预设值1×10^-3Pa，并且稳定一小时之后，对第三真空计G3和第四真空计G4进行调零操作，将第三真空计G3和第四真空计G4的读数调至零点。

以上是在对待校准真空计G5校准之间的准备工作，之后在步骤S4进行校准：

对校准室VC1进行抽真空至第二真空计G2指示值小于第三预设值5×10^-7Pa，通过供气源经过流量计F、第一真空阀门V1将气体引入校准室VC1，使校准室VC1的气压由10^-7Pa逐渐增大到10^-1Pa，在10^-7Pa到10^-1Pa之间选择多个压力校准点读取每个压力校准点的第一真空计G1和待校准真空计的指示值分别为P_G1和P_G，根据C₁＝P_G1/P_G计算获得10^-1-10^-7量程范围内的校准曲线。

以上对10^-7Pa到10^-1Pa量程的校准的方法适用于低精度的真空计。本发明中对于10^-7Pa到10^-1Pa量程的校准的方法优选为：

对校准室VC1进行抽真空至第二真空计G2指示值小于第三预设值5×10^-7Pa，通过供气源经过所述流量计F、第一真空阀门V1将气体引入校准室VC1，使校准室VC1的气压由10^-7Pa逐渐增大到10^-1Pa，在10^-7Pa到10^-1Pa之间选择多个压力校准点，通过P_标准＝Q/C计算获得每个压力校准点的标准值以及通过待校准真空计读取每个压力校准点的指示值P_G1，根据C₂＝P_标准/P_G1计算获得10^-1-10^-7量程范围内的校准曲线；其中，Q表示所述流量计F提供的气体流量，C表示所述限流小孔C1的分子流导值。本方法可以满足对于高精度真空的校准需要。

接着在步骤S5对待校准真空计G5的10²-10^-1量程范围进行校准：

关闭第一真空计G1和第三真空计G3，打开第二真空阀门V2和第六真空阀门V6，通过供气源经过所述流量计F、第一真空阀门V1将气体引入校准室VC1，使校准室VC1的气压由10^-1Pa逐渐增大到10²Pa，在10^-1Pa到10²Pa之间选择多个压力校准点，读取每个压力校准点的第四真空计G4和待校准真空计的指示值分别为P_G4和P_G2，根据C₃＝P_G4/P_G2计算获得10^-1-10²量程范围内的校准曲线。

最后在步骤S6对待校准真空计G5的10²-10⁵量程范围进行校准：

关闭第六真空阀门V6和第四真空计G4，打开第三真空计G3，通过供气源经过流量计F、第一真空阀门V1将气体引入校准室VC1，使校准室VC1的气压由10²Pa逐渐增大到10⁵Pa，在10²Pa到10⁵Pa之间选择多个压力校准点，读取每个压力校准点的所述第三真空计G3和待校准真空计的指示值分别为P_G3和P_G3，根据C₄＝P_G3/P_G3计算获得10²-10⁵量程范围内的校准曲线。

本发明的真空计校准方法，可以满足10^-7-10⁵量程范围内的真空计的校准，解决了航空航天、半导体、太阳能光伏、冶金、电力、医药、核工业等广泛应用领域现场真空计量检测的需求，保证了产品的质量，尤其保障了重大工程的顺利实施和可靠性。此外，本发明的真空计校准放方法，分别针对10^-7-10^-1、10²-10^-1、10⁵-10²量程范围使用不同的校准方法，能够确保校准的高精度。

本发明的真空计校准方法，还包括对真空计校准装置的核查校准，即使用本发明的真空计校准装置对真空计进行校准，还可以对本发明的真空计校准装置进行不定期的核查，以进一步提升本校准精度。

本发明的具体核查方法包括：

打开第二真空阀门V2、第五真空阀门V5、第六真空阀门V6和第四真空计G4，打开第三真空阀门V3对校准室VC1进行抽真空，在第二真空计G2指示值小于10^-4后，关闭第三真空阀门V3；

通过供气源经过所述流量计F、第一真空阀门V1将气体引入校准室VC1，用第四真空计G4测量真空室VC2中的取样气体压力，取样气体压力在1-100pa范围内；

关闭第五真空阀门V5，打开第三真空阀门V3对校准室VC1及校准室VC1与第五真空阀门V5之间管道抽真空；

当第二真空计G2的指示值小于5×10^-4Pa后，关闭第三真空阀门V3，打开第五真空阀门V5，由P＝P₀V计算得到标准压力，其中P₀表示所述取样压力值，V表示真空室VC2的体积V1与校准室VC1加上第二真空阀V2、第三真空计G3、第五真空阀门V5、真空室VC2的总体积V2的比值；

由第一真空计G1的读数与P的比值获得核查修正因子C5＝PG1/P，C5表示核查修正因子，PG1表示第一真空计(G1)的读数。

其中V＝V1/V2数值的确定包括：

打开第五真空阀门V5，关闭第六真空阀门V6，打开第三真空阀门V3抽真空；

在第二真空计G2的指示值小于1×10^-3Pa时，关闭第三真空阀门V3，通过供气源经过所述流量计F、第一真空阀门V1将气体引入校准室VC1，打开所述第二真空阀门V2和第三真空计G3，用第三真空计G3测量校准室(VC1)中的气体压力P1；

关闭第五真空阀门V5、第三真空阀门V3和第四真空阀门V4，打开第七真空阀门V7通过前级泵RP对校准室VC1及管道抽真空；

在第二真空计G2指示值小于50Pa后，关闭第七真空阀门V7，开打第四真空阀门V4和第三真空阀门V3对校准室VC1抽真空；

当第二真空计G2的指示值小于1×10^-2Pa时，关闭第三真空阀门V3，打开第五真空阀门V5将真空室VC2中的气体引入管道及校准室VC1中膨胀；

在压力稳定后，用第三真空计G3测量所述膨胀后的压力为P2，则V＝V1/V2＝P2/P1；

将上述过程重复多次，获得多个V值后求取平均值即为最终的V值带入公式P＝P₀V。

以下以具体的实施例对本发明的校准方法进行说明：

将型号为MPG401的复合型真空计作为待校准真空计G5连接在校准室VC1的校准接口上，其校准范围要求其校准范围要求为105～7×10-7Pa。经过检漏，其密封处的漏率小于1×10-11Pam3/s，证明漏率满足要求。

打开用于校准室VC1真空度监测的第二真空计G2，校准室VC1真空度大于500Pa(8×104Pa)，则依次打开前级泵RP、第二真空阀门V2抽真空，在第二真空计G2的指示值小于10Pa(8.5Pa)后，关闭第二真空阀门(V2)。然后依次打开第四真空阀门V4、第一分子泵TMP1、第二分子泵TMP2、第三真空阀门V3对校准室VC1抽真空。

打开第一真空计G1、第三真空计G3、第四真空计G4及第五真空计G5。当校准室VC1中的真空度用第二真空计G2测量的指示值小于1×10^-3Pa(实际值为2.1×10^-4Pa)，并且打开真空计稳定一小时以后，对第三真空计G3、第四真空计G4进行调零。

对校准室VC1抽真空，在第二真空计G2指示值小于5×10^-7Pa(实际为7.8×10^{- 8}Pa)。

若第五真空计G5用采用副标准电离真空计的方法校准(低精度真空计的校准方法)，则通过流量计F提供标准气体流量，打开第一真空阀门V1将气体流量引入标准室VC1。在气体压力稳定后，读取第一真空计G1和第五真空计G5的指示值分别为P_G1和P_G，。同理在10^-1到10^-7Pa范围内，在每个压力(真空度)数量级选取30％、60％、90％的压力校准点，校准过程依次从10^-7到10^-1Pa从低到高的压力变化过程实现校准。最后在10^-1至10^-7Pa范围内给出校准曲线，详细见图2所示。

若第五真空计G5采用流量法校准(高精度真空计的校准方法)：打开第一真空阀门V1，将流量计F产生的校准气体流量引入校准室VC1中，在校准室VC1中气体压力平衡稳定后，校准压力通过计算获得，其值为P_标准＝Q/C(实际中C的数值为1.022×10^-2m³/s)，记录第五真空计G5的指示值，详细数据见绘制数据。同上面的校准过程一样，依次从10^-7到10^-1Pa从低到高的压力变化过程实现校准。最后在10^-1至10^-7Pa范围内给出校准曲线，见图3所示。

之后关闭第一真空计G1，关闭第三真空阀门V3，通过第一真空阀门V1向校准室VC1引入气体，打开第二真空阀门V2、第六真空阀门V6，用第四真空计G4作为参考标准，该真空计的校准范围为100Pa至0.1Pa，在校准范围内选取每个压力数量级30％、60％、100％作为校准点，校准过程采用校准室VC1中气体压力从低压到高方式实现，当校准室VC1中气体压力稳定后记录G4和G5的指示值。

当校准范围为10⁵至100Pa时，关闭第六真空阀门V6，用第三真空计G3作为参考校准实现校准，同S5校准过程一样，记录第三真空计G3和第五真空计G5指示值。

最后，给出10⁵至0.1Pa范围内的校准曲线，详细见图4所示。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种真空计校准装置，其特征在于，包括依次相连通的供气源、流量流量计(F)、第一真空阀门(V1)、校准室(VC1)、限流孔(C1)、第三阀真空阀(V3)、分子泵抽气机组(TMP)、第四真空阀门(V4)和前级泵(RP)，所述校准室(VC1)具有赤道平面，所述赤道平面上开设有法兰接口分别连接有第一真空计(G1)、第二真空计(G2)和第二真空阀门(V2)，所述第二真空阀门(V2)的另一端分别与第三真空计(G3)、第五真空阀门(V5)、第六真空阀门(V6)、第七真空阀门(V7)相连接，所述第五真空阀门(V5)的另一端连接有真空室(VC2)，第六真空阀门(V6)另一端连接有第四真空计(G4)，所述第七真空阀门(V7)的另一端与所述前级泵(RP)相连接，所述赤道平面上还设有校准接口用于连接待校准真空计。

2.根据权利要求1所述的真空计校准装置，其特征在于，所述流量计(F)的气体流量范围为10^-5～10^-10Pam³/s，并且测量合成标准不确定度小于3％。

3.根据权利要1所述的真空计校准装置，其特征在于，校准室(VC1)设置为具有空腔的圆球结构，所述圆球结构顶端和底端分别设有连接法兰，所述圆球结构顶端的连接法兰与所述第一真空阀门(V1)相连接，所述限流孔(C1)设置在所述圆球结构底端的连接法兰上与所述第三真空阀门(V3)相连接。

4.根据权利要求3所述的真空计校准装置，其特征在于，所述限流孔(C1)的直径为110mm，孔径壁厚小于0.2mm。

5.根据权利要求3所述的真空计校准装置，其特征在于，所述赤道平面为通过所述校准室(VC1)球心并且与所述校准室(VC1)的顶端法兰与底端法兰平面的连接线相垂直的截面；

相邻所述赤道平面上的法兰接口与所述校准室(VC1)球心连接线的夹角为60°。

6.根据权利要求1所述的真空计校准装置，其特征在于，所述分子泵抽气机组(TMP)的抽速大于50L/s。

7.根据权利要求6所述的真空计校准装置，其特征在于，所述分子泵抽气机组(TMP)包括相互连接的第一分子泵(TMP1)和第二分子泵(TMP2)，所述第一分子泵(TMP1)的另一端与所述第四真空阀门(V4)连接，所述第二分子泵(TMP2)的另一端与所述第三真空阀门(V3)连接。

8.根据权利要求1所述的真空计校准装置，其特征在于，所述第一真空计(G1)的测量量程为10^-1～10^-8Pa，测量的合成标准不确定度小于5％，所述第三真空计(G3)和第四真空计(G4)的测量量程分别为10⁵～10²Pa和10²～10^-1Pa，所述第三真空计(G3)和第四真空计(G4)的测量合成标准不确定度小于1％。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的真空计校准装置的校准方法，包括：

S1、将待校准真空计安装在所述校准室(VC1)的校准接口上，连接后进行检漏；

S2、打开所述第二真空计(G2)，若所述第二真空计(G2)的读数大于第一预设值，则对所述校准室(VC1)进行抽真空操作；

S3、打开第一真空计(G1)、第三真空计(G3)、第四真空计(G4)和待校准真空计，当所述第二真空计(G2)显示所述校准室(VC1)中的真空度小于第二预设值，并且稳定一小时之后，对第三真空计(G3)和第四真空计(G4)进行调零操作；

S4、对所述待校准真空计的10^-1-10^-7量程范围进行校准；

S5、对所述待校准真空计的10²-10^-1量程范围进行校准；

S6、对所述待校准真空计的10⁵-10²量程范围进行校准；

所述步骤S4包括：

对所述校准室(VC1)进行抽真空至所述第二真空计(G2)指示值小于第三预设值，通过所述供气源经过所述流量计(F)、第一真空阀门(V1)将气体引入所述校准室(VC1)，使所述校准室(VC1)的气压由10^-7Pa逐渐增大到10^-1Pa，在10^-7Pa到10^-1Pa之间选择多个压力校准点读取每个压力校准点的所述第一真空计(G1)和待校准真空计的指示值分别为P_G1和P_G，根据C₁＝P_G1/P_G计算获得10^-1-10^-7量程范围内的校准曲线；

所述步骤S4包括：

对所述校准室(VC1)进行抽真空至所述第二真空计(G2)指示值小于第三预设值，通过所述供气源经过所述流量计(F)、第一真空阀门(V1)将气体引入所述校准室(VC1)，使所述校准室(VC1)的气压由10^-7Pa逐渐增大到10^-1Pa，在10^-7Pa到10^-1Pa之间选择多个压力校准点，通过P_标准＝Q/C计算获得每个压力校准点的标准值以及通过待校准真空计读取每个压力校准点的指示值P_G1，根据C₂＝P_标准/P_G1计算获得10^-1-10^-7量程范围内的校准曲线；

其中，Q表示所述流量计(F)提供的气体流量，C表示所述限流小孔(C1)的分子流导值；

所述步骤S5包括：

关闭所述第一真空计(G1)和第三真空计(G3)，打开所述第二真空阀门(V2)和第六真空阀门(V6)，通过所述供气源经过所述流量计(F)、第一真空阀门(V1)将气体引入所述校准室(VC1)，使所述校准室(VC1)的气压由10^-1Pa逐渐增大到10²Pa，在10^-1Pa到10²Pa之间选择多个压力校准点，读取每个压力校准点的所述第四真空计(G4)和待校准真空计的指示值分别为P_G4和P_G2，根据C₃＝P_G4/P_G2计算获得10^-1-10²量程范围内的校准曲线；

所述步骤S6包括：

关闭所述第六真空阀门(V6)和第四真空计(G4)，打开所述第三真空计(G3)，通过所述供气源经过所述流量计(F)、第一真空阀门(V1)将气体引入所述校准室(VC1)，使所述校准室(VC1)的气压由10²Pa逐渐增大到10⁵Pa，在10²Pa到10⁵Pa之间选择多个压力校准点，读取每个压力校准点的所述第三真空计(G3)和待校准真空计的指示值分别为P_G3和P_G3，根据C₄＝P_G3/P_G3计算获得10²-10⁵量程范围内的校准曲线；

还包括对所述真空计校准装置的核查校准：

打开所述第二真空阀门(V2)、第五真空阀门(V5)、第六真空阀门(V6)和第四真空计(G4)，打开第三真空阀门(V3)对所述校准室(VC1)进行抽真空，在所述第二真空计(G2)指示值小于10^-4后，关闭所述第三真空阀门(V3)；

通过所述供气源经过所述流量计(F)、第一真空阀门(V1)将气体引入所述校准室(VC1)，用所述第四真空计(G4)测量所述真空室(VC2)中的取样气体压力，所述取样气体压力在1-100pa范围内；

关闭所述第五真空阀门(V5)，打开所述第三真空阀门(V3)对所述校准室(VC1)及所述校准室(VC1)与所述第五真空阀门(V5)之间管道抽真空；

当所述第二真空计(G2)的指示值小于5×10^-4Pa后，关闭所述第三真空阀门(V3)，打开所述第五真空阀门(V5)，由P＝P₀V计算得到标准压力，其中P₀表示所述取样压力值，V表示所述真空室(VC2)的体积V1与校准室(VC1)加上第二真空阀(V2)、第三真空计(G3)、第五真空阀门(V5)、真空室(VC2)的总体积V2的比值；

由所述第一真空计(G1)的读数与所述P的比值获得核查修正因子C5＝PG1/P，C5表示核查修正因子，PG1表示第一真空计(G1)的读数；

所述V＝V1/V2数值的确定包括：

打开所述第五真空阀门(V5)，关闭所述第六真空阀门(V6)，开所述第三真空阀门(V3)抽真空；

在所述第二真空计(G2)的指示值小于1×10^-3Pa时，关闭第三真空阀门(V3)，通过所述供气源经过所述流量计(F)、第一真空阀门(V1)将气体引入所述校准室(VC1)，打开所述第二真空阀门(V2)和第三真空计(G3)，用第三真空计(G3)测量校准室(VC1)中的气体压力P1；

关闭第五真空阀门(V5)、第三真空阀门(V3)和第四真空阀门(V4)，打开第七真空阀门(V7)通过前级泵(RP)对校准室(VC1)及管道抽真空；

在第二真空计(G2)指示值小于50Pa后，关闭所述第七真空阀门(V7)，开打第四真空阀门(V4)和第三真空阀门(V3)对校准室(VC1)抽真空；

当第二真空计(G2)的指示值小于1×10^-2Pa时，关闭所述第三真空阀门(V3)，打开第五真空阀门(V5)将真空室(VC2)中的气体引入管道及校准室(VC1)中膨胀；

在压力稳定后，用所述第三真空计(G3)测量所述膨胀后的压力为P2，则V＝V1/V2＝P2/P1；

将上述过程重复多次，获得多个V值后求取平均值即为最终的V值带入公式P＝P₀V。

10.根据权利要求9所述的校准方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述校准室(VC1)进行抽真空操作包括：

判断所述第一预设值是否大于所述分子泵抽气机组(TMP)的工作量程，若所述第一预设值在所述分子泵抽气机组(TMP)的工作量程内，则打开所述第三真空阀门(V3)、第二分子泵(TMP2)和第一分子泵(TMP1)对所述校准室(VC1)进行抽真空；

若所述第一预设值大于所述分子泵抽气机组(TMP)的工作量程，则打开所述第二真空阀门(V2)、第七真空阀门(V7)和前级泵(RP)先对所述校准室(VC1)抽真空至其压力小于所述分子泵抽气机组(TMP)的工作量程；

关闭所述第二真空阀门(V2)、第七真空阀门(V7)和前级泵(RP)，打开所述第三真空阀门(V3)、第二分子泵(TMP2)和第一分子泵(TMP1)对所述校准室(VC1)继续抽真空。

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