CN202501952U

CN202501952U - 一种便携式多功能真空校准装置

Info

Publication number: CN202501952U
Application number: CN2012200357956U
Authority: CN
Inventors: 卢耀文
Original assignee: JIANGSU DONGFANG AEROSPACE CALIBRATION TESTING CO Ltd
Current assignee: JIANGSU DONGFANG AEROSPACE CALIBRATION TESTING CO Ltd
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2022-02-06

Abstract

本实用新型涉及一种便携式多功能真空校准装置，属于测量技术领域。校准系统包括机械泵1、分子泵2、第一真空阀门3、第二真空阀门4、第三真空阀门8、第四真空阀门10、第五真空阀门11、第六真空阀门17、第七真空阀门19、第八真空阀门23、第九真空阀门15、校准室5、四极质谱计6、第一小孔9、第二小孔20、微调阀12、气源13、第一真空规14、第二真空规18、第三真空规21、第五真空规24和稳压室16，包括校准真空漏孔的方法和校准真空规的方法。系统复合了真空规和气体微流量校准功能，能够对真空规、真空漏孔、检漏仪及气体微流量计进行现场或在线校准，具有功能多、精度高、重量小、体积小、便携等特点。

Description

一种便携式多功能真空校准装置

技术领域

本实用新型涉及一种便携式多功能真空校准装置，具体涉及一种用于真空规、真空漏孔、检漏仪及气体微流量计的实验室、现场和在线校准测试装置，属于测量技术领域。

背景技术

真空校准技术在航天、表面、微电子、太阳能、光电子等科研生产中具有重要的意义，对于科研或企业生产线，需要对真空规真空漏孔、检漏仪及气体微流量计进行现场或在线校准测试，这样使校准条件与使用条件基本相同，不仅提高了校准精度，而且避免了因为停止工作系统送往实验室校准的经济损失和时间浪费，因此在科研、生产制造中提出了现场或在线真空校准的紧迫需求，由于真空参数较多，如果将多种校准功能集成在一台装置上，不仅方便校准过程，而且降低建造校准装置的成本。

文献“固定流导法真空漏孔校准装置”，公布于《真空科学与技术学报》第26卷、2006年第5期、第358～362页，介绍了固定流导法校准真空漏孔的方法，需要多台真空泵和真空规等，并且系统复杂庞大、成本昂贵，只适合在实验室校准用，不能满足现场真空漏孔、检漏仪及气体微流量计的校准需求。

文献“比对法真空计量标准装置的研制”，公布于《宇航计测技术》第66卷、1992年第6期、第70～73页，介绍了比对法真空规的校准方法及校准装置，但其校准范围为10^-4～10⁵Pa，且在10^-4～10^-1Pa压力范围内通过磁悬浮转子规进行测量，这种测量方法的下限受制于磁悬浮转子规测量下限，同时磁悬浮转子规成本比较昂贵，再加上该系统比较庞大，只适合在实验室使用，无法满足现场真空规的校准需求。

本专利提出了便携式多功能真空校准装置及方法，将多种真空仪器校准功能集成在一台系统上，总体尺寸小于50mm×30mm×60mm，对气体微流量的校准范围为10^-7～1×10^-11Pam³/s，合成标准不确定度为3％；对真空规的校准范围为10^-6～1×10⁵Pa。系统具有质量轻(小于50公斤)、功能多、校准范围宽、便携等优点，从而解决了现场各种真空规、真空漏孔、检漏仪的校准问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，针对真空规、真空漏孔、检漏仪及气体微流量计现场或在线校准的需求，提出一种便携式多功能真空校准装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的一种便携式多功能真空校准装置，包括：机械泵1、分子泵2、第一真空阀门3、第二真空阀门4、第三真空阀门8、第四真空阀门10、第五真空阀门11、第六真空阀门17、第七真空阀门19、第八真空阀门23、第九真空阀门15、校准室5、四极质谱计6、第一小孔9、第二小孔20、微调阀12、气源13、第一真空规14、第二真空规18、第三真空规21、第五真空规24和稳压室16，其中待校准设备为第四真空规22和真空漏孔7；

上述第一真空规14、第三真空规21、第五真空规24均为电容规；

在该系统中，机械泵1和分子泵2连接，分子泵的另一端与第一真空阀门3和第二真空阀门4连接，第二真空阀门4的另一端与校准室5连接，第一真空阀门3的另一端与稳压室16连接，校准室5的赤道法兰上安装了四极质谱计6、第七真空阀门19、第三真空规21、第八真空阀门23和待校准的第四真空规22，校准室5的抽气口有限流用第二小孔20，校准室5的顶端与第三真空阀门8、第一小孔9和第四真空阀门10连接，第三真空阀门8的另一端与被校准漏孔7连接，第四真空阀门10和第一小孔9的另一端均与第五真空阀门11连接，第五真空阀门11的另一端与微调阀12和稳压室16连接，微调阀12的另一端与气源13连接，稳压室16上安装第九真空阀门15和第六真空阀门17，第九真空阀门15与第一真空规14连接，第六真空阀门17与第二真空规18连接，第二真空规18的另一端与第七真空阀门19连接，第八真空阀门23与第五真空规24连接，系统的待校准漏孔7放置在采用泡沫保温的恒温箱中；

优选地，系统能够对真空规、真空漏孔、检漏仪及气体微流量计进行现场或在线校准，具有功能多、精度高、重量小、体积小、便携等特点。采用参考标准直接比对的方法实现10^-2～10⁵Pa范围内校准；采用流量计提供标准流量Q_S，根据进气小孔流导C，通过计算获得校准室标准压力为P＝Q_S/C，实现在10^-6～10^-2Pa范围的校准，对真空规校准的合成标准不确定度小于3％。对气体微流量(例如真空漏孔)的校准是采用小孔在分子流条件下进样获得标准气体微流量；采用质谱计作为比较器，通过调节引入校准室中标准示漏气体流量Q_S，根据质谱计对被校准漏孔的离子流I_S和流量标准引起的离子流I_L，再考虑到本底残余气体离子流信号I₀，计算得到被校准漏孔的漏率为

对气体微流量的校准范围为10^-7～1×10^-11Pam³/s，合成标准不确定度小于3％。

本实用新型的一种便携式多功能真空校准装置，其校准方法分为校准真空漏孔的方法和校准真空规的方法；

其中校准真空漏孔方法的步骤为：

S11、将待校准真空漏孔7安装在第三真空阀门8上，并检查安装密封性；

S12、依次打开机械泵1、第一真空阀门3、第二真空阀门4、第四真空阀门10、第五真空阀门11、第九真空阀门15、第六真空阀门17、第七真空阀门19，对校准室5、稳压室16及各阀门管道抽气，打开第二真空规18，并保持环境温度范围在23±3℃，当第二真空规18测量到稳压室中压力小于20Pa时，启动分子泵2；

S13、当稳压室16中真空度小于130Pa时，打开第九真空阀门15和第一真空规14，当校准室5中真空度小于1×10^-3Pa时，打开四极质谱计6；

S14、当稳压室16中真空度小于1×10^-3Pa时，且电容规14稳定4小时以上，对电容规14进行调零；

S15、关闭第一真空阀门3、第四真空阀门10、第五真空阀门11、第七真空阀门19，记录校准室5本底示漏气体离子流I₀，打开第三真空阀门8向校准室5引入漏孔泄漏气体，在漏孔示漏气体引起质谱计离子流稳定后，记录离子流大小I_L，然后关闭第三真空阀门8并抽气，在示漏气体离子流信号接近或等于本底离子流I₀后，关闭第四真空阀门10、第六真空阀门17，打开第七真空阀门19，通过微调阀12向稳压室16中引入气体，气体的压力不超过133Pa，稳压室16中的标准气体流量通过第一小孔9引入到校准室5中，当四极质谱计6检测离子流信号稳定后并接近或等于I_L大小时，关闭微调阀12，则标准气体流量Q_S通过电容规14读数P_u和第一小孔9流导C_u计算得到Q_S＝P_uC_u，则离子流稳定后记录其值为I_S，被校准真空漏孔7漏率为

Q_{L} = Q_{S} \frac{(I_{L} - I_{0})}{(I_{S} - I_{0})};

S16、关闭四极质谱计6、所有真空规及所有真空阀门，依次关闭分子泵2、机械泵1，拆卸被校准的真空漏孔7；

优选地，在校准真空漏孔所述步骤S11中的被校真空漏孔7的漏率在10^-7～10^-11Pam³/s范围内，气源13为高纯示漏气体；

优选地，在校准真空漏孔所述步骤S13中四极质谱计6的稳定时间不小于3个小时；

优选地，在校准真空漏孔所述步骤S14中第一真空规14是满量程为1Torr的绝压电容薄膜规，其测量精度是小于满量程的0.2％；

优选地，在校准真空漏孔所述步骤S15中第一小孔9的流导在10^-9m³/s量级；

优选地，在校准真空漏孔所述步骤S15中Q_L、Q_S取至少六次测量的平均值；

优选地，在校准真空漏孔所述步骤S15中Q_L合成标准测量不确定度小于3％；

校准真空规的步骤：

S21、将待校准真空规22安装在校准室5上，并检查安装密封性；

S22、依次打开机械泵1、第一真空阀门3、第二真空阀门4、第四真空阀门10、第五真空阀门11、第九真空阀门15、第六真空阀门17、第七真空阀门19、第八真空阀门23，对校准室5、稳压室16及各阀门管道抽气，打开第二真空规18，并保持环境温度为23±3℃，当第二真空规18测量到稳压室16中压力小于20Pa，启动分子泵2；

S23、打开第三电容规21，当稳压室16中真空度小于130Pa时，打开第九真空阀门15和第一真空规14，当校准室5和稳压室16中的真空度小于1×10^-3Pa时，在第一真空规14、第三真空规21、第五真空规24稳定4小时以上后进行调零；

S24、如果设定的校准范围在10^-6～10^-2Pa，采用连续膨胀法校准，具体为：

S241、关闭真空第一真空阀门3、第四真空阀门10、第五真空阀门11、第七真空阀门19，打开微调阀12向稳压室16中引入一定压力P_u的气体，气体压力不超过133Pa，如果超过133Pa则关闭第九真空阀门15以保护第一真空规14，然后关闭微调阀门12；

S242、关闭第六真空阀门17，打开第七真空阀门19和第五真空阀门11，稳压室16中的气体通过第一小孔9引入校准室5中，当校准室5中的气体稳定后，记录第一真空规14的读数P_u，则通过第一小孔9的气体流量为Q_S＝P_uC_u，则校准室5中标准压力为

这样实现10^-6～10^-2Pa范围内对真空规的校准；

S25、如果设定的校准范围在10^-2～10⁵Pa，采用直接比较法校准，具体为：关闭第一真空阀门3、第二真空阀门4、第九真空阀门15、第六真空阀门17，打开第四真空阀门10、第五真空阀门11、第七真空阀门19，通过微调阀12向校准室5中引入气体，当校准室5中气体压力稳定后，如果压力小于133Pa，采用第一真空规24进行测量，如果压力大于133Pa，关闭阀门23后，采用第三真空规21进行测量，记录测量结果P，以此作为标准压力进校准；

优选地，在校准真空规所述步骤S25中进气用第一小孔9的流导为10^-5m³/s量级，抽气用第二小孔20的流导为0.1m³/s；

优选地，在校准真空规所述步骤S25、S26中P至少六次测量的平均值。

有益效果

本实用新型是一种便携式多功能真空校准装置及方法，系统具有结构简单、精度高、重量小、体积小、集成化、便携等特点，用于现场或者线真空规、真空漏孔、检漏仪、气体微流量计的校准测试，系统不仅降低了建立系统的成本，提高了校准的效率，而且使校准环境与使用环境基本相同，提高了真空量值传递精度，为科学研究、企业生产、对外贸易降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种便携式多功能真空校准装置原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

一种便携式多功能真空校准装置，如图1所示，包括：机械泵1、分子泵2、第一真空阀门3、第二真空阀门4、第三真空阀门8、第四真空阀门10、第五真空阀门11、第六真空阀门17、第七真空阀门19、第八真空阀门23、第九真空阀门15、校准室5、四极质谱计6、第一小孔9、第二小孔20、微调阀12、气源13、第一真空规14、第二真空规18、第三真空规21、第五真空规24和稳压室16，其中待校准设备为第四真空规22和真空漏孔7；

在该系统中，机械泵1和分子泵2连接，分子泵的另一端与第一真空阀门3和第二真空阀门4连接，第二真空阀门4的另一端与校准室5连接，第一真空阀门3的另一端与稳压室16连接，校准室5的赤道法兰上安装了四极质谱计6、第七真空阀门19、第三真空规21、第八真空阀门23和待校准的第四真空规22，校准室5的抽气口有限流用第二小孔20，校准室5的顶端与第三真空阀门8、第一小孔9和第四真空阀门10连接，第三真空阀门8的另一端与被校准漏孔7连接，第四真空阀门10和第一小孔9的另一端均与第五真空阀门11连接，第五真空阀门11的另一端与微调阀12和稳压室16连接，微调阀12的另一端与气源13连接，稳压室16上安装第九真空阀门15和第六真空阀门17，第九真空阀门15与第一真空规14连接，第六真空阀门17与第二真空规18连接，第二真空规18的另一端与第七真空阀门19连接，第八真空阀门23与第五真空规24连接，系统的待校准真空漏孔7放置在采用泡沫保温的恒温箱中。

实施例1

采用上述装置对待校准真空漏孔7进行校准方法的步骤为：

Q_{L} = Q_{S} \frac{(I_{L} - I_{0})}{(I_{S} - I_{0})};

优选地，在校准真空漏孔所述步骤S11中的被校真空漏孔7的漏率在10^-7～10^-11Pam³/s范围内，气源13选择为高纯示漏气体；

实施例2

采用上述装置对待校准真空规22进行校准方法的步骤为：

这样实现10^-6～10^-2Pa范围内对真空规的校准；

优选地，在校准真空规所述步骤S24、S25中P至少六次测量的平均值。

Claims

1.一种便携式多功能真空校准装置，待校准设备为第四真空规(22)和真空漏孔(7)，其特征在于，包括机械泵(1)、分子泵(2)、第一真空阀门(3)、第二真空阀门(4)、第三真空阀门(8)、第四真空阀门(10)、第五真空阀门(11)、第六真空阀门(17)、第七真空阀门(19)、第八真空阀门(23)、第九真空阀门(15)、校准室(5)、四极质谱计(6)、第一小孔(9)、第二小孔(20)、微调阀(12)、气源(13)、第一真空规(14)、第二真空规(18)、第三真空规(21)、第五真空规(24)和稳压室(16)，其中第一真空规(14)、第三真空规(21)、第五真空规(24)均为电容规；

机械泵(1)和分子泵(2)连接，分子泵的另一端与第一真空阀门(3)和第二真空阀门(4)连接，第二真空阀门(4)的另一端与校准室(5)连接，第一真空阀门(3)的另一端与稳压室(16)连接，校准室(5)的赤道法兰上安装了四极质谱计(6)、第七真空阀门(19)、第三真空规(21)、第八真空阀门(23)和待校准的第四真空规(22)，校准室(5)的抽气口有限流用第二小孔(20)，校准室(5)的顶端与第三真空阀门(8)、第一小孔(9)和第四真空阀门(10)连接，第三真空阀门(8)的另一端与被校准漏孔(7)连接，第四真空阀门(10)和第一小孔(9)的另一端均与第五真空阀门(11)连接，第五真空阀门(11)的另一端与微调阀(12)和稳压室(16)连接，微调阀(12)的另一端与气源(13)连接，稳压室(16)上安装第九真空阀门(15)和第六真空阀门(17)，第九真空阀门(15)与第一真空规(14)连接，第六真空阀门(17)与第二真空规(18)连接，第二真空规(18)的另一端与第七真空阀门(19)连接，第八真空阀门(23)与第五真空规(24)连接，系统的待校准漏孔(7)放置在采用泡沫保温的恒温箱中。