CN1865888A - 采用线性真空计测量小孔流导装置及方法 - Google Patents

Abstract

采用线性真空计测量小孔流导装置由待测小孔、真空阀门、线性真空计、标准容器、微调阀、稳压室、气瓶、真空泵组成，真空泵与待测小孔的一端连接，待测小孔接至真空阀门，同时真空阀门与标准容器连接，标准容器又通过微调阀与稳压室连接，微调阀接至气瓶，线性真空计接在标准容器上，真空阀门一端接在标准容器和稳压室上；采用线性真空计测量小孔流导的方法，将一恒定流量的单一气体引入容积为v的标准容器中，部分气体就会通过待测流导为C的小孔流出标准容器；用线性真空计测量标准容器内的初始压力p₁，经过时间t后，测量标准容器内的压力p₂，测量标准容器内的动态平衡压力p₀，则小孔流导C就等于上式结果。本发明提高了小孔流导的测量精度，使测量结果的合成标准不确定度小于0.3％。

Description

采用线性真空计测量小孔流导装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量小孔流导的装置及方法，特别是采用线性真空计测量小孔流导装置及方法。

背景技术

文献“定容法测量小孔流导的方法研究，《真空》第43卷、2006年第1期、第62～66页”，介绍了测量小孔流导的一种方法。该方法是先在已知容积的定容室内充入一定压力的气体，用绝压式电容薄膜真空计测量定容室内初始压力，气体通过小孔被抽走，定容室的压力也就随之下降，用差压式电容薄膜真空计测量一定时间内定容室内气体压力的变化量，从而可以计算得到小孔的流导，小孔流导测量结果的合成标准不确定度为1.1％。

此种方法的不足之处就是测量结果的不确定度大，主要原因为：使用了两台不同的电容薄膜真空计测量定容室内的初始压力和压力的变化量，从而不能有效利用真空计的线性；每台电容薄膜真空计的测量不确定度不小于0.4％；环境温度波动对压力变化量的测量结果影响大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种采用线性真空计测量小孔流导装置及方法，避免了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由以前的大于1％，减小到小于0.3％。

本发明的技术解决方案是：采用线性真空计测量小孔流导装置，其特点在于：它由待测小孔、三个真空阀门、线性真空计、标准容器、两个微调阀、稳压室、气瓶、两个真空泵组成，第一个真空泵与待测小孔的一端连接，待测小孔的另一端接至第一个真空阀门，第二个真空阀门与标准容器的一端连接，标准容器的另一端通过第一个微调阀与稳压室连接，稳压室再通过第二个微调阀接至气瓶，线性真空计接在标准容器上，第二个真空阀门和第三真空阀门的一端接在标准容器和稳压室上，另一端并接后接至第二个真空泵。

采用线性真空计测量小孔流导的方法，通过以下步骤实现：

(1)对容积为V的标准容器及连接管路抽真空；

(2)将恒定流量的单一气体引入容积为V的标准容器中，部分气体则通过流导为C的待测小孔流出标准容器；

(3)采用线性真空计测量标准容器内的初始压力p₁，经过时间t后，测量标准容器内的终止压力p₂；

(4)最后采用线性真空计测量标准容器内的动态平衡压力p₀；

(5)则小孔流导C就等于 $\frac{V}{t}\ln \left(\frac{1-\frac{p_1}{p_0}}{1-\frac{p_2}{p_0}}\right).$

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)用线性真空计测量小孔流导的装置结构简单，由于只使用一台线性真空计，引起测量不确定度的分量也就少。

(2)测量真空度的线性真空计，不要求其测量绝对压力，也就不必知道其校准系数，从而避免了由于校准引入的不确定度。利用了线性真空计两次读数的比值。

(3)测量小孔流导的方法简单，测量成本低，测量不确定度小，小于0.3％，可应用于气体流量计、极小漏率校准、极小漏孔检漏、极高真空规精确校准等领域。

附图说明

图1为本发明采用线性真空计测量小孔流导装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的测量小孔流导装置由待测小孔1、第一个真空阀门2、第二个真空阀门9、第三个真空阀门11、线性真空计3、标准容器4、第一个微调阀5、第二个微调阀7、稳压室6、气瓶8、第一个真空泵12和第二个真空泵10组成，第一个真空泵12与待测小孔1的一端连接，待测小孔1的另一端接至第一个真空阀门2，第一个真空阀门2与标准容器4的一端连接，标准容器4的另一端与第一个微调阀5与稳压室6连接，稳压室6再通过第二个微调阀接至气瓶8，线性真空计3接在标准容器4上，第二个真空阀门9和第三个真空阀门11的一端接有在标准容器4和稳压室6上，另一端并接后接至第二个真空泵10。

本发明的测量方法如下：

(1)打开第一个真空泵12和第二个真空泵10，使两个真空泵开始工作，再打开第一个真空阀门2、第二个真空阀门9和第三个真空阀门11，对标准容器4(本实施例为容积1.749×10^-3m³，可以根据需要选取)、稳压室6、以及各连接管道抽成真空状态，本底压力小于1×10^-3Pa；

(2)关闭第二个真空阀门9和第三个真空阀门11，通过第二微调阀7使气瓶8中充有单一气体向稳压室6调气，其中单一气体可以为氦气、氩气或氮气等，稳压室容积能满足流导测量过程中稳压室中压力变化小于0.01％；

(3)关闭第二微调阀7，调节第一微调阀5，使气体以恒定流量流入标准容器4内，记录下真空计3的读数p₁(本实施例为7.738×10^-3Pa)，经过时间t(本实施例为720s，可以根据需要进行选取)之后，再记录真空计3的读数p₂(本实施例为1.793×10^-2Pa)；

(4)当真空计3的读数不再变化时，达到动态压力平衡时，即标准容器内的压力不随时间而变化时，记录真空计3的读数p₀(本实施例为2.782×10^-2Pa)；

(5)待测小孔1的流导C用公式 $C=\frac{V}{t}\ln \left(\frac{1-\frac{p_1}{p_0}}{1-\frac{p_2}{p_0}}\right)$ 计算得到，本实施例的值为3.115×10^-9m³/s；

(6)为了测量更精确，对小孔流导C取多次测量的平均值(本实施例取5次)。

本发明的小孔1的流导C的相对合成标准不确定度小于0.3％。不确定度的计算公式 $u_{c,r}\left(C\right)=\sqrt{\frac{{\left(\mathrm{\ΔV}\right)}^2}{V^2}+\frac{{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2}{t^2}+\frac{{\left[\mathrm{\Δ}\left(\frac{p_1}{p_0}\right)\right]}^2}{{\left[\frac{\mathrm{Ct}}{V}(1-\frac{p_1}{p_0})\right]}^2}+\frac{{\left[\mathrm{\Δ}\left(\frac{p_2}{p_0}\right)\right]}^2}{{\left[\frac{\mathrm{Ct}}{V}(1-\frac{p_2}{p_0})\right]}^2}.}$

本实施例中 $\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}=0.11\%,\frac{\mathrm{\Δt}}{t}=0.14\%,\frac{\mathrm{\Δ}\left(\frac{p_1}{p_0}\right)}{\frac{\mathrm{Ct}}{V}(1-\frac{p_1}{p_0})}=0.08\%,\frac{\mathrm{\Δ}\left(\frac{p_2}{p_0}\right)}{\frac{\mathrm{Ct}}{V}(1-\frac{p_2}{p_0})}=0.14\%,$ 则待测小孔1流导C的相对合成标准不确定度＝0.24％。

Claims (8)

1、采用线性真空计测量小孔流导装置，其特征在于包括：待测小孔(1)、三个真空阀门(2、9、11)、线性真空计(3)、标准容器(4)、两个微调阀(5、7)、稳压室(6)、气瓶(8)、两个真空泵(10、12)组成，第一真空泵(12)与待测小孔(1)的一端连接，待测小孔(1)的另一端接至第一个真空阀门(2)，第一个真空阀门(2)与标准容器(4)的一端连接，标准容器(4)的另一端通过第一个微调阀(5)与稳压室(6)连接，稳压室(6)再通过第二个微调阀接至气瓶(8)，线性真空计(3)接在标准容器(4)上，第二真空阀门(9)和第三真空阀门(11)的一端分别接在标准容器(4)和稳压室(6)上，另一端并接后接至第二真空泵(10)。

2、根据权利要求1所述的采用线性真空计测量小孔流导装置，其特征在于：所述的标准容器(4)、稳压室(6)及连接管道中的本底压力小于1×10^-3Pa。

3、根据权利要求1所述的采用线性真空计测量小孔流导装置，其特征在于：所述的稳压室的容积能满足流导测量过程中稳压室中压力变化小于0.01％即可。

4、根据权利要求1所述的采用线性真空计测量小孔流导装置，其特征在于：所述的气瓶(8)中充有单一气体。

5、采用线性真空计测量小孔流导方法，其特征在于通过以下步骤实现：

(1)对容积为v的标准容器及连接管路抽真空；

(2)将恒定流量的单一气体引入容积为v的标准容器中，部分气体则通过流导为c的待测小孔流出标准容器；

(3)采用线性真空计测量标准容器内的初始压力p₁，经过时间Δt后，测量标准容器内的终止压力p₂；

(4)最后采用线性真空计测量标准容器内的动态平衡压力p₀；(5)则小孔流导c就等于 $\frac{V}{\mathrm{\Δt}}\ln \left(\frac{1-\frac{p_1}{p_0}}{1-\frac{p_2}{p_0}}\right).$

6、根据权利要求5所述的采用线性真空计测量小孔流导的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的本底压力小于1×10^-3Pa。

7、根据权利要求5所述的采用线性真空计测量小孔流导的方法，其特征在于：所述步骤(4)中动态平衡压力就是标准容器内的压力不随时间而变化时的压力。

8、根据权利要求5所述的采用线性真空计测量小孔流导的方法，其特征在于：所述步骤(5)中小孔流导c取多次测量的平均值。