CN114674501A - 一种静态漏率测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种静态漏率测量装置及方法，所述装置包括标准漏孔、集气系统、供气系统、非蒸散性吸气剂泵以及真空泵，其中：待测件设置在集气系统内部，标准漏孔与集气系统连接；供气系统与待测件连接；非蒸散性吸气剂泵与集气系统连接；真空泵分别与集气系统和待测件连接。本申请简单易行，成本低，能够用于不同量级、多种示漏气体的待测件校准，延伸了漏率测量范围，可实现同步对多台待测件进行测量，提高了测量效率，还实现了对不同形状、不同尺寸的待测件的总漏率的测量以及对待测件整体密封性能的评价，保证了待测件的可靠性。

Description

一种静态漏率测量装置及方法
技术领域
本申请涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种静态漏率测量装置及方法。
背景技术
在文献“基于分子流传感元件的真空腔体漏率测量方法”，《真空科学与技术学报》，2021年第2期，第139页～144页”中，介绍了本文介绍了一种基于分子流传感元件的真空腔体漏率测量方法，该方法在基于流经传感元件的气流处于分子流状态下，通过测量传感元件两端的差压，计算质量流量，得到真空腔体的整体漏率。该文献中使用的测量装置复杂，测量装置需要由气体流量测量系统、真空抽气系统、恒温系统等部分组成，需要满足流经传感元件的气流处于分子流状态，造成流感元件的机械加工难度大；测量过程中，还需要恒温设备，保证整个过程温度保持不变，其造价较高、恒温难度大；测量装置整体技术含量高、价格昂贵，对研究人员及操作人员要求较高。其次，采用基于分子流传感元件的真空腔体漏率测量方法测量待测件，仅能漏率较大的待测件，同时测量范围窄。第三，该测量装置仅可实现同步对一台待测件进行测量，测量效率较低。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种静态漏率测量装置及方法，能够实现对待测件真空漏率进行测量，并且测量范围较宽、满足多种示漏气体的测量。
为了实现上述目的，本申请提供了一种静态漏率测量装置，包括标准漏孔、集气系统、供气系统、非蒸散性吸气剂泵以及真空泵，其中：待测件设置在集气系统内部，标准漏孔与集气系统连接；供气系统与待测件连接；非蒸散性吸气剂泵与集气系统连接；真空泵分别与集气系统和待测件连接。
进一步的，标准漏孔与集气系统之间的管路上设置有第一截止阀。
进一步的，供气系统与待测件之间的管路上设置有第二截止阀。
进一步的，还包括第一压力计和第二压力计，第一压力计设置在第二截止阀与待测件之间，第二压力计与集气系统连接。
进一步的，还包括质谱仪，质谱仪与集气系统连接。
进一步的，真空泵包括第一真空泵和第二真空泵，其中：第一真空泵通过第三截止阀与集气系统连接；第一真空泵与第二真空泵之间设置有三通阀；第二真空泵通过三通阀以及第四截止阀与待测件连接。
进一步的，非蒸散性吸气剂泵与集气系统之间的管路上设置有第五截止阀。
进一步的，标准漏孔与待测件的漏率相同或相近。
进一步的，集气系统管路的漏率小于待测件漏率的1％。
此外，本申请还提供了一种应用静态漏率测量装置的方法，包括如下步骤：步骤1：打开第二真空泵，调节三通阀，打开第二截止阀，对待测件及管路进行抽气；步骤2：打开第一真空泵，调节三通阀，打开第一截止阀和第三截止阀对集气系统进行抽气，抽至本底后，关闭第一截止阀，打开第五截止阀，对非蒸散性吸气剂泵内部进行抽气，打开质谱仪，继续抽气至本底；步骤3：关闭第三截止阀，开始计时，每隔2min，记录质谱仪中示漏气体本底信号I01、I02、I03、I04、I05、I06，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率k0；步骤4：再次打开第三截止阀，对集气系统进行抽气至本底，打开第二截止阀，通过供气系统对待测件充入设定的压力示漏气体，稳定后，关闭第三截止阀，开始计时，每隔2min，记录质谱仪中示漏气体本底信号IL1、IL2、IL3、IL4、IL5、IL6，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率kL；步骤5：打开第四截止阀，调节三通阀，对待测件进行抽气至本底，打开第一截止阀和第三截止阀，调节三通阀对集气系统进行抽气至本底，将标准漏孔流出的示漏气体引入集气系统中，稳定后，关闭第三截止阀，开始计时，每隔2min，记录质谱仪中示漏气体本底信号IS1、IS2、IS3、IS4、IS5、IS6，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率kS；步骤6：根据如下公式计算额定入口压力下待测件的漏率为：
Figure BDA0003432879520000031
本发明提供的一种静态漏率测量装置及方法，具有以下有益效果：
本申请简单易行，成本低，能够用于不同量级、多种示漏气体的待测件校准，延伸了漏率测量范围，可实现同步对多台待测件进行测量，提高了测量效率，还实现了对不同形状、不同尺寸的待测件的总漏率的测量以及对待测件整体密封性能的评价，保证了待测件的可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的静态漏率测量装置的结构示意图；
图中：1-标准漏孔、2-第一截止阀、3-供气系统、4-第二截止阀、5-第一压力计、6-第四截止阀、7-第二压力计、8-质谱仪、9-集气系统、10-待测件、11-第五截止阀、12-非蒸散性吸气剂泵、13-第三截止阀、14-第一真空泵、15-三通阀、16-第二真空泵。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请提供了一种静态漏率测量装置，包括标准漏孔1、集气系统9、供气系统3、非蒸散性吸气剂泵12以及真空泵，其中：待测件10设置在集气系统9内部，标准漏孔1与集气系统9连接；供气系统3与待测件10连接；非蒸散性吸气剂泵12与集气系统9连接；真空泵分别与集气系统9和待测件10连接。
具体的，本申请实施例提供的静态漏率测量装置采用标准漏孔1与待测件10在集气系统9中分别进行连续静态累积，利用质谱仪8分别测得一组系统示漏气体本底信号、待测件10示漏气体信号及标准漏孔1示漏气体信号，通过线性拟合后获得示漏气体信号随时间变化的斜率，进而得到待测件10的漏率值，可以用于测量不同待测件10的漏率，各种形状、尺寸的待测件10均可以测量。标准漏孔1主要用于提供标准漏率，标准漏孔1在已知温度的条件下，可以修正环境温度下已知漏率的影响；供气系统3主要用于提供不同压力下的各种高纯惰性气体，待测件10的内部可以充入不同的示漏气体，因此可以校准测量不同压力下待测件10的漏率；集气系统9主要用于收集标准漏孔1和待测件10泄露的示漏气体；非蒸散性吸气剂泵12主要对静态校准过程中集气系统9中真空度的维持，以保证质谱仪8的正常运行，对惰性气体无抽速；真空泵主要用于抽气。
进一步的，标准漏孔1与集气系统9之间的管路上设置有第一截止阀2。第一截止阀2主要用于控制标准漏孔1与集气系统9之间的气体流动。
进一步的，供气系统3与待测件10之间的管路上设置有第二截止阀4。第二截止阀4主要用于控制供气系统3与待测件10之间的气体流动。
进一步的，还包括第一压力计5和第二压力计7，第一压力计5设置在第二截止阀4与待测件10之间，第二压力计7与集气系统9连接。第一压力计5用于检测供气系统3提供的气体的压力，应满足待测件10中充气压力的测量要求，稳定后压力波动小于1％；第二压力计7用于检测集气系统9中气体的压力。第二截止阀4至待测件10之间的十字形管路的漏率应小于待测件10漏率的1％，保证装置本身泄漏的漏率足够小，避免装置本身的泄漏对测量结果的影响。
进一步的，还包括质谱仪8，质谱仪8与集气系统9连接。质谱仪8主要用于测量标准漏孔1及待测件10中提供的示漏气体的信号。
进一步的，真空泵包括第一真空泵14和第二真空泵16，其中：第一真空泵14通过第三截止阀13与集气系统9连接；第一真空泵14与第二真空泵16之间设置有三通阀15；第二真空泵16通过三通阀15以及第四截止阀6与待测件10连接。真空泵主要用于抽气，抽气管路由两路组成，第一真空泵14主要通过打开第一截止阀2和第三截止阀13，调节三通阀15对集气系统9及其附属管路进行抽气，第二真空泵16主要通过打开第二截止阀4和第四截止阀6，调节三通阀15对待测件10及其附属管路进行抽气。
进一步的，非蒸散性吸气剂泵12与集气系统9之间的管路上设置有第五截止阀11。第五截止阀11主要用于控制非蒸散性吸气剂泵12与集气系统9之间的气体流动。
进一步的，标准漏孔1与待测件10的漏率相同或相近。标准漏孔1的漏率优选与待测件10的漏率相同或相近，能够避免由于标准漏孔1及待测件10漏率不同对质谱仪8测量的影响。
进一步的，集气系统9管路的漏率小于待测件10漏率的1％。同样，为了保证装置本身泄漏的漏率足够小，避免装置本身的泄漏对测量结果的影响。
此外，本申请还提供了一种应用静态漏率测量装置的方法，包括如下步骤：步骤1：打开第二真空泵16，调节三通阀15，打开第二截止阀4，对待测件10及管路进行抽气；步骤2：打开第一真空泵14，调节三通阀15，打开第一截止阀2和第三截止阀13对集气系统9进行抽气，抽至本底后，关闭第一截止阀2，打开第五截止阀11，对非蒸散性吸气剂泵12内部进行抽气，打开质谱仪8，继续抽气至本底；步骤3：关闭第三截止阀13，开始计时，每隔2min，记录质谱仪8中示漏气体本底信号I01、I02、I03、I04、I05、I06，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率k0；步骤4：再次打开第三截止阀13，对集气系统9进行抽气至本底，打开第二截止阀4，通过供气系统3对待测件10充入设定的压力示漏气体，稳定后，关闭第三截止阀13，开始计时，每隔2min，记录质谱仪8中示漏气体本底信号IL1、IL2、IL3、IL4、IL5、IL6，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率kL；步骤5：打开第四截止阀6，调节三通阀15，对待测件10进行抽气至本底，打开第一截止阀2和第三截止阀13，调节三通阀15对集气系统9进行抽气至本底，将标准漏孔1流出的示漏气体引入集气系统9中，稳定后，关闭第三截止阀13，开始计时，每隔2min，记录质谱仪8中示漏气体本底信号IS1、IS2、IS3、IS4、IS5、IS6，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率kS；步骤6：根据如下公式计算额定入口压力下待测件10的漏率为：
Figure BDA0003432879520000061
其中，QL为待测件10的漏率，单位Pa·m3/s；QS为标准漏孔1的漏率，是上级计量标准测量的已知值，单位Pa·m3/s；kS为标准漏孔1在质谱仪8对应的信号随时间变化的斜率，单位A/s；kL为待测件10在质谱仪8对应的信号随时间变化的斜率，单位A/s；K0为本底在质谱仪8对应的信号随时间变化的斜率，单位A/s。
具体的，本申请实施例提供的应用静态漏率测量装置的方法，数据处理过程中采用了线性拟合的方式，得到了曲线的斜率，利用了统计的规律，减少了质谱仪8的随机误差，仅仅通过记录示漏气体的离子流就可以得到待测件10的漏率，大大提高了测量的准确度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静态漏率测量装置，其特征在于，包括标准漏孔、集气系统、供气系统、非蒸散性吸气剂泵以及真空泵，其中：
待测件设置在所述集气系统内部，所述标准漏孔与所述集气系统连接；
所述供气系统与所述待测件连接；
所述非蒸散性吸气剂泵与所述集气系统连接；
所述真空泵分别与所述集气系统和所述待测件连接。
2.如权利要求1所述的静态漏率测量装置，其特征在于，所述标准漏孔与所述集气系统之间的管路上设置有第一截止阀。
3.如权利要求1所述的静态漏率测量装置，其特征在于，所述供气系统与所述待测件之间的管路上设置有第二截止阀。
4.如权利要求3所述的静态漏率测量装置，其特征在于，还包括第一压力计和第二压力计，所述第一压力计设置在所述第二截止阀与所述待测件之间，所述第二压力计与所述集气系统连接。
5.如权利要求1所述的静态漏率测量装置，其特征在于，还包括质谱仪，所述质谱仪与所述集气系统连接。
6.如权利要求1所述的静态漏率测量装置，其特征在于，所述真空泵包括第一真空泵和第二真空泵，其中：
所述第一真空泵通过第三截止阀与所述集气系统连接；
所述第一真空泵与所述第二真空泵之间设置有三通阀；
所述第二真空泵通过所述三通阀以及第四截止阀与所述待测件连接。
7.如权利要求1所述的静态漏率测量装置，其特征在于，所述非蒸散性吸气剂泵与所述集气系统之间的管路上设置有第五截止阀。
8.如权利要求1所述的静态漏率测量装置，其特征在于，所述标准漏孔与所述待测件的漏率相同或相近。
9.如权利要求1所述的静态漏率测量装置，其特征在于，所述集气系统管路的漏率小于所述待测件漏率的1％。
10.一种应用权利要求1-9任一项所述的静态漏率测量装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：打开第二真空泵，调节三通阀，打开第二截止阀，对待测件及管路进行抽气；
步骤2：打开第一真空泵，调节三通阀，打开第一截止阀和第三截止阀对集气系统进行抽气，抽至本底后，关闭第一截止阀，打开第五截止阀，对非蒸散性吸气剂泵内部进行抽气，打开质谱仪，继续抽气至本底；
步骤3：关闭第三截止阀，开始计时，每隔2min，记录质谱仪中示漏气体本底信号I01、I02、I03、I04、I05、I06，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率k0；
步骤4：再次打开第三截止阀，对集气系统进行抽气至本底，打开第二截止阀，通过供气系统对待测件充入设定的压力示漏气体，稳定后，关闭第三截止阀，开始计时，每隔2min，记录质谱仪中示漏气体本底信号IL1、IL2、IL3、IL4、IL5、IL6，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率kL；
步骤5：打开第四截止阀，调节三通阀，对待测件进行抽气至本底，打开第一截止阀和第三截止阀，调节三通阀对集气系统进行抽气至本底，将标准漏孔流出的示漏气体引入集气系统中，稳定后，关闭第三截止阀，开始计时，每隔2min，记录质谱仪中示漏气体本底信号IS1、IS2、IS3、IS4、IS5、IS6，以时间为横坐标，以本底信号为纵坐标，对数据进行线性拟合，得到曲线的斜率kS；
步骤6：根据如下公式计算额定入口压力下待测件的漏率为：
Figure FDA0003432879510000021
。
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