為了減小現(xiàn)場環(huán)境與校準環(huán)境的差異對真空漏孔校準的影響，通過理論研究，設(shè)計了現(xiàn)場真空漏孔校準裝置，可實現(xiàn)對真空漏孔的現(xiàn)場校準。考慮到現(xiàn)場真空漏孔校準裝置需便于攜帶及搬運，裝置的設(shè)計采用了分體式結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場真空漏孔校準裝置由抽氣系統(tǒng)、校準室系統(tǒng)、真空漏孔連接系統(tǒng)、流量輸出系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、定容室與壓力測量系統(tǒng)及烘烤系統(tǒng)等7 個部分組成，復(fù)合了定容法及固定流導(dǎo)法兩種校準方法，預(yù)計真空漏孔校準范圍為5×10^-10～5×10^-5 Pa ⋅m³/s，合成標準不確定度為10%。

　　引言

　　目前，在真空檢漏中，通常用氦質(zhì)譜檢漏儀對微小氣體泄漏進行定量測量，而氦質(zhì)譜檢漏儀主要采用真空漏孔進行標定。由于真空漏孔通常是在實驗室進行校準，實驗室校準環(huán)境一般要求為：(1)環(huán)境溫度為23 ℃±3 ℃，校準過程中溫度波動不大于1 ℃/h；(2)相對濕度不大于80%；(3)校準時周圍環(huán)境不得有附加熱源、強振動等。但是在工作現(xiàn)場實際使用真空漏孔校準氦質(zhì)譜檢漏儀時，環(huán)境溫度、及濕度與校準環(huán)境相差很大，不能滿足校準環(huán)境要求，真空漏孔本身的漏率將會發(fā)生變化，此時實際的漏率值與實驗室校準的漏率值發(fā)生了偏離，

　　兩者產(chǎn)生的偏差會影響氦質(zhì)譜檢漏儀準確性。為了保障檢漏的質(zhì)量，對氦質(zhì)譜檢漏儀進行標定時需要用工況下真空漏孔的真實漏率值，因此需要設(shè)計及研制現(xiàn)場真空漏孔校準裝置，實現(xiàn)對真空漏孔的現(xiàn)場校準，從而避免校準環(huán)境與實際使用環(huán)境的差異引起的漏率偏離，提高對氦質(zhì)譜檢漏儀標定的準確性。另一方面，真空漏孔的現(xiàn)場校準，也讓真空計量走出校準實驗室，實現(xiàn)了對基層單位的直接計量保障服務(wù)。

1、現(xiàn)場真空漏孔校準裝置的設(shè)計

　　1.1、設(shè)計思路

　　考慮到現(xiàn)場校準的特殊性，現(xiàn)場真空漏孔校準裝置應(yīng)該在保證校準質(zhì)量的前提下，還要滿足操作簡單、易于攜帶、搬運等要求。常用真空漏孔校準方法有定容法、恒壓法、固定流導(dǎo)法、比較法等 ，考慮到現(xiàn)場的特殊要求及漏率校準范圍，同時保證真空漏孔現(xiàn)場校準的可靠性，現(xiàn)場真空漏孔校準裝置復(fù)合了定容法及固定流導(dǎo)法兩種校準方法。為了便于攜帶、搬運，現(xiàn)場真空漏孔校準裝置現(xiàn)場采用了分體式結(jié)構(gòu)，各部分可進行拆分和組裝，以適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境特點，滿足現(xiàn)場真空漏孔校準需求。

　　綜合以上因素，設(shè)計的現(xiàn)場真空漏孔校準裝置主要由充氣系統(tǒng)、校準室系統(tǒng)、定容室與壓力測量系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、真空漏孔連接系統(tǒng)、流量輸出系統(tǒng)及烘烤系統(tǒng)等7個部分組成，其組成框圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場真空漏孔校準裝置組成框圖

　　1.2、校準裝置的設(shè)計

　　1.2.1、充氣系統(tǒng)

　　充氣系統(tǒng)根據(jù)待校真空漏孔漏率的大小，可選擇將不同壓力的氣體直接引入定容室中。充氣系統(tǒng)由2 L氣瓶、針閥等組成。為了達到便攜的目的，也可不攜帶氣瓶，設(shè)計時留有備用接口，可利用工作現(xiàn)場已有氣體進行校準。

　　1.2.2、校準室系統(tǒng)

　　校準室系統(tǒng)主要實現(xiàn)對校準室壓力監(jiān)測、氦氣離子流的測量，由校準室、四極質(zhì)譜計、復(fù)合真空計等組成，四極質(zhì)譜計選用HM100質(zhì)譜計。復(fù)合真空計選用全量程真空計，用于監(jiān)控10⁵～10^-6 Pa 范圍內(nèi)的壓力。校準室為不銹鋼球形結(jié)構(gòu)，直徑約為200 mm，有利于建立起均勻的、各向同性的分子流場。

　　1.2.3、定容室與壓力流量系統(tǒng)

　　定容室與壓力流量系統(tǒng)主要提供已知體積的定容室、定容室內(nèi)氣體壓力的測量，由定容室、電容薄膜真空計、標準容積及閥門等組成。定容室設(shè)計為1 L；由于電容薄膜真空計的讀數(shù)與氣體種類無關(guān)，選用電容薄膜真空計作為主標準器，由滿量程為133 kPa與133 Pa的兩支真空計組成，用于測量定容室內(nèi)10⁵～10^-1 Pa的壓力。同時配備便攜式計算機，便于對現(xiàn)場校準數(shù)據(jù)的記錄和計算。

　　1.2.4、抽氣系統(tǒng)

　　抽氣系統(tǒng)主要對校準室、定容室及各處管道抽真空，也可使用旁路抽氣系統(tǒng)直接對校準室、定容室進行粗抽，由分子泵、機械泵、插板閥及截止閥等組成。為實現(xiàn)校準裝置體積小、質(zhì)量輕、極限真空度等指標的要求，機械泵選用DUO2.5、分子泵選用小型泵，其抽速約為80 L/s；為便于將抽氣系統(tǒng)與真空系統(tǒng)拆卸，分子泵選用KF法蘭接口，便于攜帶和運輸。

　　1.2.5、真空漏孔連接系統(tǒng)

　　真空漏孔連接系統(tǒng)選用多通道接頭，用于連接真空漏孔，并將示漏氣體引入校準室，可同時校準多臺真空漏孔。

　　1.2.6、流量輸出系統(tǒng)

　　流量輸出系統(tǒng)由小孔及閥門組成，小孔選用激光打孔的方式形成，氣體從定容室流出，經(jīng)小孔進入校準室中，保證流過小孔的氣體為分子流狀態(tài)。

　　1.2.7、烘烤系統(tǒng)

　　烘烤系統(tǒng)主要為了使校準室達到較高的極限真空度，對校準室進行烘烤，該系統(tǒng)由真空容器烘烤加熱帶和溫度控制部分組成，當(dāng)現(xiàn)場校準需要的真空度較高時，可使用對校準室進行烘烤。通過以上對各組成部分的功能進行分析并進行了優(yōu)化組合，現(xiàn)場真空漏孔校準裝置原理設(shè)計如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場真空漏孔校準裝置組成圖

3、校準裝置結(jié)果測量不確定度分析

　　定容法的測量不確定度主要由以下分量構(gòu)成：壓力測量不確定度、容積測量不確定度、時間測量不確定度、溫度測量不確定度、溫度波動引入的不確定度；固定流導(dǎo)法的測量不確定度主要由以下分量構(gòu)成：壓力測量不確定度、小孔測量不確定度、四極質(zhì)譜計測量離子流引入的測量不確定度、溫度測量不確定度及溫度波動引入的不確定度，同時考慮現(xiàn)場環(huán)境對校準影響引入的不確定度，經(jīng)過估算其合成標準不確定度約為10%。

4、結(jié)論

　　現(xiàn)場真空漏孔校準裝置的設(shè)計中，復(fù)合了定容法、固定流導(dǎo)法兩種真空漏孔校準方法，采用了分體式結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)小型化和預(yù)期的技術(shù)指標。現(xiàn)場真空漏孔校準裝置的校準范圍預(yù)計為5×10^-10～5×10^-5 Pa·m³/s，合成標準不確定度預(yù)估為10%。通過設(shè)計及研制現(xiàn)場真空漏孔校準裝置，能減小或避免對環(huán)境對真空漏孔的影響及解決真空漏孔現(xiàn)場精確校準的問題，可滿足型號對真空檢漏的要求。