針對(duì)現(xiàn)場檢漏對(duì)漏率校準(zhǔn)的需求，研制出具有體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn)的便攜式真空漏孔校準(zhǔn)裝置。采用標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)提供可調(diào)的氣體流量，通過質(zhì)譜計(jì)作為比較器分別測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)氣體流量和被校準(zhǔn)漏孔提供示漏氣體(He氣)的分壓力實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)氣體流量系統(tǒng)采用直徑約為1Lm的小孔獲得了10-10m³/s量級(jí)的分子流導(dǎo)，僅用一臺(tái)滿量程為1.33×10⁴Pa的電容薄膜規(guī)真空計(jì)(CDG)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，通過直接測(cè)量和膨脹衰減壓力兩種方法為小孔入口提供標(biāo)準(zhǔn)壓力，從而獲得較寬范圍的標(biāo)準(zhǔn)氣體流量。研究結(jié)果表明，裝置的校準(zhǔn)范圍為3.5×10^-6~4.6×10^-11 Pa.m³/s，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.8%~2.0%，外形尺寸減小到400mm×300mm×400mm，總重量小于35kg。

　　真空漏孔作為標(biāo)定檢漏儀或被測(cè)量漏率的參考標(biāo)準(zhǔn)，在航空航天、電子工業(yè)、電力工業(yè)及制冷工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前，隨著檢漏技術(shù)的發(fā)展，許多應(yīng)用領(lǐng)域提出了現(xiàn)場校準(zhǔn)真空漏孔的需求。

　　真空漏孔是向真空端(出口壓力小于1000Pa)提供穩(wěn)定氣體流量的裝置，目前國際上大多數(shù)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室建立了相應(yīng)的校準(zhǔn)裝置，常用的方法有定容法、恒壓法、質(zhì)譜比較法等。定容法通過多臺(tái)不同量程的電容薄膜真空計(jì)(CDG)測(cè)量定容室中壓力的變化率實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，通常的校準(zhǔn)范圍為10-1~10^-6 Pa.m³/s；恒壓法是保持壓力不變的條件下，采用自動(dòng)伺服系統(tǒng)控制活塞移動(dòng)，通過測(cè)量體積的變化率實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，該裝置的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)和使用相對(duì)復(fù)雜，通常的校準(zhǔn)范圍為10-3~10-8Pa#m3/s；質(zhì)譜比較法是用標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)提供氣體流量，采用四極質(zhì)譜計(jì)(QMS)或檢漏儀作為比較器，通過測(cè)量示漏氣體在質(zhì)譜分析室中形成的動(dòng)態(tài)平衡分壓力(實(shí)際是離子流)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)流量通常由恒壓法、小孔流導(dǎo)法、分流法流量計(jì)提供，裝置的校準(zhǔn)范圍取決于所采用流量計(jì)提供的標(biāo)準(zhǔn)流量范圍。由于實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)裝置由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量都比較大、成本昂貴，不能滿足現(xiàn)場真空漏孔的校準(zhǔn)需求。

　　本文在質(zhì)譜計(jì)比較法校準(zhǔn)原理的基礎(chǔ)上，研制出一種便攜式真空漏孔校準(zhǔn)裝置。采用直徑約為1Lm的小孔獲得了10^-10 m³/s量級(jí)的分子流導(dǎo)，將小孔入口分子流上限壓力延伸至10⁴Pa，僅用一臺(tái)滿量程為1.33×10^-4 Pa的CDG作為參考標(biāo)準(zhǔn)，通過直接測(cè)量和取樣膨脹衰減壓力兩種方法為小孔入口提供標(biāo)準(zhǔn)壓力，拓展了標(biāo)準(zhǔn)流量范圍。此外，裝置設(shè)計(jì)了一套抽氣系統(tǒng)，通過切換閥門獨(dú)立或同時(shí)對(duì)質(zhì)譜分析室和穩(wěn)壓室進(jìn)行抽氣，減小了裝置的外形尺寸和重量。因此，與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)裝置相比較，所研制校準(zhǔn)裝置具有成本低、體積小、重量輕、便攜等優(yōu)點(diǎn)，適合實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場校準(zhǔn)真空漏孔。

　　1、校準(zhǔn)裝置

　　校準(zhǔn)裝置主要由標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)、質(zhì)譜計(jì)比較系統(tǒng)、被校準(zhǔn)漏孔及抽氣系統(tǒng)四部分組成，整體尺寸為400mm×300mm×400mm，總重量小于35kg，原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中RP為機(jī)械泵；TMP為分子泵；VC1為質(zhì)譜分析室；VC2為穩(wěn)壓室；C1為提供標(biāo)準(zhǔn)流導(dǎo)的小孔；V1為電磁閥；V2、V3、V5、V6、V8、V9為截止閥；V4為角閥；V7為帶有標(biāo)準(zhǔn)體積的取樣閥；G1、G2為監(jiān)測(cè)真空計(jì)；G3是滿量程為1.33×10⁴Pa的CDG；QMS為四極質(zhì)譜計(jì)；Gas為高純He氣瓶(純度為99.999%)；Leak為被校準(zhǔn)真空漏孔。

圖1 真空漏孔校準(zhǔn)裝置原理圖

　　標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)主要由小孔C1、穩(wěn)壓室VC2、高純He氣Gas、取樣閥門V7、閥門V2、V3、V5、V6、V8及真空計(jì)G2、G3等組成。小孔是標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)流導(dǎo)元件，其直徑和厚度分別為1Lm、1mm，兩端可承受一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力差；穩(wěn)壓室VC2是采用SUS316L不銹鋼材制成的體積約為1L的柱形容器，校準(zhǔn)過程中為小孔入口提供一定壓力的氣體，其上安裝了復(fù)合型真空計(jì)G2、G3作為參考標(biāo)準(zhǔn)用于測(cè)量小孔入口和取樣氣體壓力。

　　漏率比較系統(tǒng)主要由真空室VC1、四極質(zhì)譜計(jì)QMS、監(jiān)測(cè)真空計(jì)G1、閥門V4等組成，其中VC1是采用SUS316L不銹鋼材制成的體積約為4L的柱形容器。

　　被校準(zhǔn)真空漏孔Leak通過閥門V9與質(zhì)譜分析室連接，該漏孔可以是自帶氣室和通道型兩種，后者需要配置相應(yīng)的氣源系統(tǒng)。

　　抽氣機(jī)組由主抽分子泵TMP、前級(jí)機(jī)械泵RP及閥門管道等組成。TMP對(duì)N2氣的標(biāo)稱抽速為80L/s，RP對(duì)N2氣的標(biāo)稱抽速為0.8L/s，抽氣機(jī)組由標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)和質(zhì)譜分析系統(tǒng)共用，在校準(zhǔn)過程中通過切換閥門對(duì)不同真空室抽氣。

3、結(jié)論

　　為了滿足許多應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)場校準(zhǔn)的需求，研制出便攜式真空漏孔校準(zhǔn)裝置。通過標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)氣體流量，采用QMS作為比較器測(cè)量示漏氣體(He氣)在質(zhì)譜分析室中形成的分壓力實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)流量系統(tǒng)采用直徑約為1Lm的小孔獲得了10^-10 m³/s量級(jí)的分子流導(dǎo)，僅用一臺(tái)滿量程為1.33×10⁴Pa的CDG作為參考標(biāo)準(zhǔn)，通過直接測(cè)量和取樣膨脹衰減壓力兩種方法為小孔入口提供較寬范圍的標(biāo)準(zhǔn)壓力，從而使裝置獲得了3.5×10^-6~4.6×10^-11 Pa.m³/s的校準(zhǔn)范圍，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.8%~2.0%。此外，裝置設(shè)計(jì)了一套抽氣系統(tǒng)，通過切換閥門可獨(dú)立或同時(shí)對(duì)質(zhì)譜分析室和穩(wěn)壓室進(jìn)行抽氣，將尺寸和重量分別減小到400mm×300mm×400mm和35kg。總之，所研制校準(zhǔn)裝置具有體積小、重量輕、便攜、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場校準(zhǔn)真空漏孔。