基于標準壓力測量的電離真空計和質(zhì)譜計校準裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于標準壓力測量的電離真空計和質(zhì)譜計在 線校準裝置及方法，校準范圍為（10 2~10 9)Pa。
【背景技術(shù)】
[0002] -個真空系統(tǒng)中最主要的參數(shù)就是真空度，電離真空計測量的真空系統(tǒng)的總壓力 反應的是真空的數(shù)量方面，而質(zhì)譜計測得的分壓力既有數(shù)量方面，更重要的是反映真的質(zhì) 量方面。在實際應用中，真空計或質(zhì)譜計的性能會因為使用時間，工作條件而發(fā)生不可預期 的變化，導致儀器的靈敏度產(chǎn)生變化，因此，在應用于實際的真空系統(tǒng)中時，必須要對真空 計和質(zhì)譜計進行校準。
[0003] 目前，國內(nèi)外校準電離真空計和質(zhì)譜計的方法較多，主要分為直接比較法和動態(tài) 流導法，但兩種方法的測量不確定度大，校準裝置比較復雜，難以搬運，無法對真空計和質(zhì) 譜計進行現(xiàn)場在線校準，且校準范圍窄，校準范圍難以向下延伸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于標準壓力測量的電離真空計和質(zhì)譜計在線校準 裝置及方法，校準裝置結(jié)構(gòu)簡單；校準方法的壓力校準范圍寬，測量不確定度小。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明的一種基于標準壓力測量的電離真空計和質(zhì)譜計在線校準裝置，包括標樣 氣體瓶（1)、抽氣機組（2)、微調(diào)閥（3)、上游室（4)、電容薄膜真空計（5)、第一截止閥（6)、 固定流導元件（7)、校準室（8)、干栗（9)、無油雙渦輪分子栗抽氣機組（10)、插板閥（11)、電 離真空計（12)、第二截止閥（13)以及質(zhì)譜計（14);
[0007]所述標樣氣體瓶（1)的出氣口與上游室（4)的進氣口之間串接微調(diào)閥（3)，上游室 (4)通過第一截止閥（6)與抽氣機組（2)的抽氣通道連接；上游室（4)還設置電容薄膜真 空計（5);上游室（4)通過固定流導元件（7)與校準室（8)聯(lián)通；所述無油雙渦輪分子栗抽 氣機組（10)與干栗（9)串聯(lián)后通過連接管道對校準室（8)抽氣，校準室（8)與無油雙渦輪 分子栗抽氣機組（10)的連接管道上安裝帶有限流小孔的插板閥（11);所述校準室（8)上 設置有電離真空計（12)，并通過第二截止閥（13)連接質(zhì)譜計（14)。
[0008] 本發(fā)明的一種基于標準壓力測量的電離真空計和質(zhì)譜計在線校準裝置的校準方 法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1、關(guān)閉微調(diào)閥（3)，打開第一截止閥（6)和插板閥（11)，啟動抽氣機組（2)以 及干栗（9)和無油雙渦輪分子栗抽氣機組（10)，將校準室（8)和上游室（4)抽至極限真空， 校準室（8)中的壓力由電離真空計（12)測量，其值記為p'。，打開第二截止閥（13)，記錄 質(zhì)譜計（14)的離子流I。；
[0010] 步驟2、關(guān)閉第一截止閥（6)，打開微調(diào)閥（3)，將標樣氣體瓶（1)中的標樣氣體充 到上游室（4)中，且保證上游室（4)中的壓力小于10 4Pa;然后關(guān)閉微調(diào)閥（3)，氣體流向校 準室（8)中，上游室（4)和校準室（8)的壓力達到動態(tài)平衡時，校準室（8)中的壓力由電離 真空計（12)測量，其值記為p。，同時記錄質(zhì)譜計（14)的離子流I;電容薄膜真空計（5)記 錄上游室（4)的壓力，記為pR;
[0011]步驟3、關(guān)閉插板閥（11)，利用抽氣機組（2)、干栗（9)和無油雙渦輪分子栗抽氣機 組（10)將校準室（8)和上游室（4)抽至極限真空，校準室（8)中的壓力由電離真空計（12) 測量，其值記為P。'，記錄質(zhì)譜計（14)的離子流I'。；
[0012] 步驟4、關(guān)閉第一截止閥（6)，打開微調(diào)閥（3)，將氣瓶（1)中與步驟1中相同種類 及相同壓力的標樣氣體充入上游室（4)中，關(guān)閉微調(diào)閥（3)，上游室（4)和校準室（8)的壓 力達到動態(tài)平衡時，校準室（8)中的壓力由電離真空計（12)測量，壓力記為p。;同時記錄質(zhì) 譜計（14)的離子流I';
[0013] 步驟5、校準過程：
[0014] 插板閥（11)開啟狀態(tài)下，計算校準室⑶中的標準壓力為ps:
[0015] 其中
；eff為插板閥（11)打開狀態(tài)下的有效抽速；
[0016]
、pc=pc-p' c，APci=Pci-p'?！定D為固定流導元件（7)的 流導值；
[0017] 插板閥（11)的限流小孔的流導值計算公式為
Ml為氮氣的相對 分子質(zhì)量;M為標樣氣體的相對分子質(zhì)量；T。為測定固定流導元件（7)流導值時的溫度；T為實際校準時的溫度；d為插板閥（11)的限流小孔直徑；
[0018] 插板閥（11)關(guān)閉狀態(tài)下，計算校準室⑶中的標準壓力為P' s:
其中， 校準室⑶在插板閥（11)關(guān)閉狀態(tài)下的有效抽速s' #為
on'ejj
[0019] 當電離真空計（12)的測量壓力范圍是（10 6_10 9)Pa時，采用
電離 真空計（12)的校準因子，采用作為質(zhì)譜計（14)的校準因子； Ps
[0020] 當電離真空計（12)的測量壓力范圍是（10 3-10 6)Pa時，采用
作為電 離真空計（12)的校準因子，采f
卩為質(zhì)譜計（14)的校準因子。
[0021] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0022] (1)本發(fā)明采用的校準裝置，僅采用上游室、校準室、標樣氣體瓶、抽真空系統(tǒng)、插 板閥以及真空計和質(zhì)譜計，即可完成真空計與質(zhì)譜計的校準，且校準范圍可達到（10 2~ 10 9)Pa，相比于現(xiàn)有的校準裝置，本發(fā)明的校準裝置結(jié)構(gòu)簡單，可對各種類型的電離真空計 和質(zhì)譜計進行現(xiàn)場在線校準。
[0023] (2)采用帶有限流圓形小孔的插板閥在開關(guān)兩種狀態(tài)下，通過確定兩種情況下校 準室的有效抽速來校準電離真空計和質(zhì)譜計，從而將校準下限延伸至109Pa;采用固定流 導元件在分子流條件下將已知氣體流量的校準氣體引入到校準室校準電離真空計和質(zhì)譜 計，壓力校準范圍寬，測量不確定度小。本發(fā)明的校準方法簡單易行，且線性和重復性好。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的基于標準壓力測量的電離真空計和質(zhì)譜計在線校準裝置原理圖。
[0025] 其中，1-標樣氣體瓶、2-抽氣機組、3-微調(diào)閥、4-上游室、5-電容薄膜真空計、 6-第一截止閥、7-固定流導元件、8-校準室、9-干栗、10-無油雙渦輪分子栗抽氣機組、 11-插板閥、12-電尚真空計、13-第二截止閥、14-質(zhì)譜計。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明的基于標準壓力測量的電離真空計和質(zhì)譜計在線校準裝置， 由標樣氣體瓶1、抽氣機組2、微調(diào)閥3、上游室4、電容薄膜真空計5、截止閥6和截止閥13、 固定流導元件7、校準室8、干栗9、無油雙渦輪分子栗抽氣機組10、插板閥11、被校準的電離 真空計12、被校準的質(zhì)譜計14組成。標樣氣體瓶1的出氣口與上游室4的進氣口之間串接 微調(diào)閥3,同時，上游室4通過截止閥6與抽氣機組2的抽氣通道連接；上游室4還設置電 容薄膜真空計5;上游室4通過固定流導元件7與校準室8聯(lián)通；所述無油雙渦輪分子栗抽 氣機組10與干栗9串聯(lián)后通過連接管道對校準室8抽氣，連接管道上安裝一帶有限流小孔 的插板閥11。校準室8上設置有電離真空計12,并通過第二截止閥13連接質(zhì)譜計14。 [0028] 本發(fā)明的校準裝置的原理為：
[0029] 在插板閥11打開的狀態(tài)下，先對上游室4和校準室8的真空度抽至極限，電離真 空計12和質(zhì)譜計14分別測量校準室8的壓力p'。和離子流I。;然后，用標樣氣體充到上 游室4中，再次測量校準室8的壓力Pc]和離子流I，同時，采用電容薄膜真空計5記錄上游 室4的壓力pR;
[0030] 在插板閥11關(guān)閉的狀態(tài)下，先對上游室4和校準室8的真空度抽至極限，電離真 空計12和質(zhì)譜計14分別測量校準室8的壓力p'。和離子流I'。;然后，用標樣氣體充到 上游室4中，再次測量校準室8的壓力p。和離子流I';
[0031] 插板閥11開啟狀態(tài)下，計算校準室8中的標準壓力Sps，插板閥11關(guān)閉狀態(tài)下， 計算校準室8中的標準壓力為p' s。
[0032] 當電離真空計12的測量壓力范圍是（10 6-10 9)Pa時，對應于插板閥11打開的狀 )f ^j- 態(tài)，采用/ = AZ^作為電離真空計12的校準因子，采用= 作為質(zhì)譜計14的校準P、 P, 因子；
[0033]當電離真空計12的測量壓力范圍