1、引言

　　檢漏技術(shù)在航天、航空、電子工業(yè)、高能物理、核工業(yè)等方面應(yīng)用十分廣泛[1]。檢漏工作通常使用氦質(zhì)譜檢漏儀，而氦質(zhì)譜檢漏儀要用真空漏孔進(jìn)行標(biāo)定，因此，需要建立真空漏孔校準(zhǔn)裝置對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在真空漏孔的校準(zhǔn)方面做了大量的研究工作，建立了一系列真空漏孔校準(zhǔn)裝置[2-8]，根據(jù)工作原理的不同主要分為定容法、恒壓法、檢漏儀比較法、四極質(zhì)譜計(jì)比較法、定容分流法和固定流導(dǎo)法等。

2、真空漏孔校準(zhǔn)方法比較

　　定容法是將真空漏孔漏出的氣體引人已知體積的定容室，通過(guò)測(cè)量定容室氣體壓力的變化量來(lái)計(jì)算漏率，是一種直接校準(zhǔn)真空漏孔的方法。這種方法需要專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)體積測(cè)量各定容室的容積，每次校準(zhǔn)真空漏孔時(shí)都需要重新測(cè)量接頭的體積，工作過(guò)程比較繁瑣。由于校準(zhǔn)過(guò)程是靜態(tài)的，材料漏放氣對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響大，材料表面處理工藝要求嚴(yán)格，校準(zhǔn)下限受到限制，所以定容法只適合于校準(zhǔn)較大漏率的漏孔。

　　恒壓法是將恒壓式流量計(jì)提供的氣體流量與真空漏孔產(chǎn)生的漏率用四極質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行比較，從而得到真空漏孔漏率值。恒壓法校準(zhǔn)裝置的核心是恒壓式流量計(jì)。恒壓式流量計(jì)在保持變?nèi)菔覂?nèi)氣體壓力恒定的條件下，測(cè)量體積的變化量，從而得到氣體流量。這種裝置的校準(zhǔn)范圍由恒壓式流量計(jì)的測(cè)量范圍決定，通常為10^-3~10^-8 Pa· m³/s。現(xiàn)在國(guó)際上通用的流量計(jì)結(jié)構(gòu)是波紋管壓縮式和活塞桿推移式2種:德國(guó)PTB的波紋管是經(jīng)過(guò)7年實(shí)驗(yàn)，在大量波紋管中選出理想的一根^[3],國(guó)防科工委真空計(jì)量一級(jí)站采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞桿壓縮油的方式工作。總體來(lái)說(shuō)，恒壓法真空漏孔校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，研制費(fèi)用高，需要自動(dòng)控制和精密機(jī)械加工等多方面的知識(shí)和人員，不易于進(jìn)行大批量的校準(zhǔn)工作。雖然恒壓法校準(zhǔn)不確定度小，但流量校準(zhǔn)下限也不能滿足絕大多數(shù)漏孔的漏率范圍。

　　檢漏儀比較法是將已知漏率的真空漏孔作為參考標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用檢漏儀將參考標(biāo)準(zhǔn)的流量與待校真空漏孔氣體流量進(jìn)行比較，從而得出待校真空漏孔漏率值。由于檢漏儀和真空漏孔的穩(wěn)定性差，檢漏儀的靈敏度和線性無(wú)法保證，所以這種方法的測(cè)量下限無(wú)法滿足要求，測(cè)量不確定度大，一般用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，而不適合于真空計(jì)量部門(mén)進(jìn)行真空漏孔的校準(zhǔn)。

　　四極質(zhì)譜計(jì)比較法與檢漏儀比較法類(lèi)似，只是流量比較器用四極質(zhì)譜計(jì)替換了檢漏儀，也同樣需要已知漏率的真空漏孔作為參考標(biāo)準(zhǔn)。雖然四極質(zhì)譜計(jì)的分辨率高、測(cè)量下限低，但其穩(wěn)定性和線性差，四極質(zhì)譜計(jì)計(jì)量學(xué)特性的研究是國(guó)際上目前仍沒(méi)有完全解決的一個(gè)難題，因此校準(zhǔn)結(jié)果無(wú)法令人信服。

　　定容分流法^[5]是定容法延伸測(cè)量下限的一種方法，是定容式流量計(jì)向外提供流量，經(jīng)一定比例的流量分流后，用四極質(zhì)譜計(jì)作為比較器校準(zhǔn)真空漏孔的方法。這種方法系統(tǒng)復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)多，需要定容法流量計(jì)、分流系統(tǒng)，還要精確測(cè)量流量的分流比例等。此外，盡管在消除四極質(zhì)譜計(jì)非線性方面作了考慮，但不能完全消除四極質(zhì)譜計(jì)非線性影響。

　　固定流導(dǎo)法是將通過(guò)已知流導(dǎo)小孔的氣體與真空漏孔流出的氣體用四極質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行比較，從而得到真空漏孔漏率。小孔是用機(jī)械、激光等加工方法制作而成。小孔流導(dǎo)的大小可以用定容式流量計(jì)或恒壓式流量計(jì)精確測(cè)量，通過(guò)小孔的氣體流量等于穩(wěn)壓室氣體壓力與對(duì)應(yīng)小孔流導(dǎo)之積。通過(guò)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓室的氣體壓力很方便地調(diào)節(jié)通過(guò)小孔的氣體流量，使其與待校真空漏孔漏率相同或非常接近，從而避免四極質(zhì)譜計(jì)的非線性影響。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，便于實(shí)現(xiàn)，校準(zhǔn)范圍寬，測(cè)量不確定度小。

3、固定流導(dǎo)法校準(zhǔn)裝置

　　固定流導(dǎo)法校準(zhǔn)真空漏孔的裝置由固定流導(dǎo)法流量計(jì)、校準(zhǔn)系統(tǒng)和被校漏孔三部分組成，如圖1所示。固定流導(dǎo)法流量計(jì)如圖1左邊所示，主要由固定流導(dǎo)小孔、穩(wěn)壓室、電容薄膜規(guī)、氣瓶、閥門(mén)以及抽氣機(jī)組等組成，可根據(jù)需要向校準(zhǔn)系統(tǒng)提供已知流量的氣體。校準(zhǔn)系統(tǒng)如圖1中問(wèn)所示，主要由質(zhì)譜分析室、四極質(zhì)譜計(jì)、超高真空電離規(guī)和抽氣機(jī)組組成。被校漏孔如圖1右邊所示，主要由自帶氣室型真空漏孔(如薄膜滲氦型漏孔)、通道型真空漏孔、穩(wěn)壓室、氣瓶和閥門(mén)等組成。

4、真空漏孔校準(zhǔn)原理

4.1、流量計(jì)測(cè)量原理

　　氣體通過(guò)固定流導(dǎo)小孔的流量用式(1)計(jì)算^[9]

Qs=C(p-p')　 (1)

1, 30. He氣瓶;2,28.微調(diào)陰;3,4,8.全金屬隔斷間;5.固定流導(dǎo)小孔6.FS13.3 kPa電容薄膜規(guī);7,2 7.穩(wěn)壓室;9.F5 13.3 Pa電容薄膜規(guī);10,1 8.C F35全金屬超高真空角閥;11,1 9.分子泵;12,13 .電磁隔斷悶;14,2 0.機(jī)械泵;15.四極質(zhì)譜計(jì);16.質(zhì)譜分析室;17.超高真空電離規(guī);21.22,23.手動(dòng)超高閥;24,25,26.被校漏孔;29精密真空壓力表

　　圖1固定流導(dǎo)法校準(zhǔn)真空漏孔裝置