近二十年來(lái),各國(guó)國(guó)家計(jì)量研究院在10³Pa～10^-4Pa 范圍內(nèi)的真空基準(zhǔn)大多為靜態(tài)膨脹法真空裝置,測(cè)量不確定度由二十年前的10^-2提高到10^-3量級(jí)。我國(guó),目前磁懸浮真空計(jì)和電容薄膜真空計(jì)使用較多,這類(lèi)儀器在測(cè)量精度和穩(wěn)定性上的指標(biāo)較高,需要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)裝置來(lái)滿足新儀器的校準(zhǔn)需求。因此,我院新建立了一套靜態(tài)膨脹法真空裝置,既能夠滿足大量新儀器校準(zhǔn)需求,也能以較高的水平參加相應(yīng)的國(guó)際比對(duì)。該靜態(tài)膨脹法真空裝置,測(cè)量范圍:5×10^-4～1×10⁵Pa,不確定度:0.19%～0.02% (k=2)。

靜態(tài)膨脹法真空系統(tǒng)裝置概述

       靜態(tài)膨脹法真空裝置在高真空范圍可以對(duì)磁懸浮等真空計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn),在低真空范圍可以對(duì)電容薄膜等真空計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。其原理是基于玻意爾-馬略特定律,氣體由已知壓力的小體積內(nèi)向高真空的大體積膨脹,膨脹后的平衡壓力為: 

      式中:P0為小體積內(nèi)壓力(Pa);v為小體積容積(L);V為大體積容積(L);P為平衡后壓力(Pa) 。

       我們稱(chēng)v/v+V為體積比,是靜態(tài)膨脹法真空裝置最重要的基本參數(shù)。

      膨脹法真空標(biāo)準(zhǔn)裝置由主機(jī)系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)(分子泵和機(jī)械泵)、閥門(mén)(K1～K15)、氣源室V等幾部分組成,如圖1所示。

圖1 　靜態(tài)膨脹系統(tǒng)示意圖

        其中,主機(jī)系統(tǒng)是由兩個(gè)80L的不銹鋼密封容器V1和V2(我們稱(chēng)為I 級(jí)膨脹室和II級(jí)膨脹室)和三個(gè)分別為800mL、80mL、800mL的v1、v2和v3組成,所有與小體積連接的閥門(mén)密封面均朝向小體積。這樣我們就可以獲得1∶100和1∶1000的體積比,前級(jí)壓力從10³ Pa～10⁵ Pa, 使用標(biāo)稱(chēng)滿度時(shí)準(zhǔn)確度優(yōu)于0.008%的石英諧振數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量得到。工作時(shí),氣體分別由小體積膨脹到I級(jí)膨脹室,壓力下降,得到所需要的壓力。還可通過(guò)循環(huán)膨脹或兩級(jí)膨脹,獲得更低的所需壓力值。

       為了獲得較好的靜態(tài)本底壓力,I級(jí)膨脹室和II級(jí)膨脹室加工中經(jīng)過(guò)高溫預(yù)處理,實(shí)驗(yàn)前,還要經(jīng)200℃的烘烤72h以上,極限壓力達(dá)到10-8Pa。在常規(guī)工作條件下,通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè),II級(jí)膨脹室對(duì)氮?dú)獾膲毫ι�高率�?×10-9Pa/s 。

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