专利名称：石英晶体微量天平准确性验证试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石英晶体微量天平准确性验证试验系统，属于材料放 气污染测试技术领域。
背景技术：
在航天器生产过程中，石英晶体微量天平污染测试是测定航天器研制 环境污染状况的主要手段。石英晶体微量天平已经应用到航天器研制的各 个阶段，在航天器部件研制试验阶段、航天器总装测试阶段、航天器热试 验和力学试验阶段都应用了石英晶体微量天平测量环境的污染状况，据此 提出了有效的污染控制措施，保证了航天器的研制符合污染控制的要求。
但是目前国内缺乏石英晶体微量天平的检定和校准试验装置和检定 规范，石英晶体微量天平的测量准确程度无法追溯到国家的计量检定体 系，使得石英晶体微量天平的测量结果的可信度受到影响。已不能满足航 天器长寿命、高可靠的需求。目前国内还没有相关的厂家进行这方面的研
究禾口研制。而在国夕卜，美国Lockheed Palo Alto Research Laboratories 研制了商用石英晶体微量天平的准确性分析试验装置，它是根据水的热力 学特性，采用水的饱和蒸汽压参数，获得水的在某个环境下的蒸发速率； 根据分子真空下散射和传输理论，获得到达石英晶体微量天平表面的质量 速率。这些石英晶体微量天平被控制在液氮温度。到达天平表面的水分子 基本上被完全吸收。石英晶体微量天平的测量准确性被追溯到水在某个环 境下的蒸发速率的准确性。由于水的蒸发速率受环境的多重因素影响，特 别是导热速率的不稳定严重影响了水的蒸发速率的准确性，使得国外的这 套准确性分析试验装置无法实现较高的准确性，测量不确定度大于80%。为此，研制一种高准确性的石英晶体微量天平准确性验证试验系统非 常必要。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种具有更高准确性的，能够追溯到国家 质量计量基准的石英晶体微量天平测量准确性试验系统。
本发明的技术方案如下石英晶体微量天平测量准确性试验系统，包 括放气室原位实时称重系统、放气物余弦定量散射系统、角系数检验系统; 放气室原位实时称重系统实现放气物质量变化的实时测量，其测量值通过 标定的电子天平追溯到国家质量计量基准；放气物余弦定量散射系统通过 定量散射方法将10—4g数量级的定量质量传递到石英晶体微量天平表面上 的10一7g/cm2数量级的定量质量面密度，实现了石英晶体微量天平的定量加 载，其加载量测量准确性可追溯到上级和国家计量系统的质量基准；角系 数检验系统，用于验证散射系统角系数的准确性，保证整个质量传递过程 的受控。
上述系统中，放气室原位实时称重系统包括经过标定的电子天平、电 子天平加卸载装置、放气室、放气室温度控制装置。经过标定的电子天平 直接实时对放气室进行称重，电子天平加载卸载装置实现经过标定的电子 天平的复零保证称重的准确性。放气室温度控制装置对放气室进行非接触 的温度控制，放气室的质量值被传递到放气物的质量值，实现了质量值传 递。
上述系统中，放气物余弦定量散射系统包括放气物、散射装置、沉积 表面。放气物释放的气体通过散射系统，到达沉积表面。放气室原位实时 称重系统中的放气室对放气物的放气速率进行的质量量值传递，散射装置 将质量值转换成沉积表面上的质量面密度值。质量面密度值的准确性可向上追溯到国家质量计量基准。
上述系统中，角系数检验系统包括经过标定的电子天平、电子天平加 卸载装置、沉积量检验板。经过标定的电子天平直接实时对沉积量检验板 进行称重，电子天平加载卸载装置实现经过标定的电子天平的复零保证称 重的准确性。沉积量检验板接受与放气物余弦定量散射系统中的沉积表面 相同的质量面密度的沉积，这个质量面密度由电子天平质量称重，从而实 现对散射系统准确验证。通过增加放气物量使得沉积量检验板沉积量大于 10—4g，符合经过标定的电子天平的称重范围要求。
本发明与现有技术相比具有以下优点
(1) 本发明的质量传递过程完全受控，放气室原位实时称重系统将国 家质量基准的准确性传递到放气速率准确性，放气物余弦定量散射系统和 角系数检验系统将放气速率的准确性传递到石英晶体微量天平的测量值。
(2) 本发明的试验精度高，不确定度优于40%，采用放气物的真空 下实时的直接称重，实现了放气速率的准确测量。
图l为本发明的原理框图2为本发明的放气室原位实时称重系统框图3为本发明的放气物余弦定量散射系统框图； 图4为本发明的角系数检验系统框图5为本发明的试验流程。
具体实施例方式
如图l所示，石英晶体微量天平测量准确性试验系统的放气室原位实
时称重系统1为放气物余弦定量散射系统2提供放气物的放气速率的定量
值，该定量值的准确性可追溯到国家质量计量基准，放气物余弦定量散射
系统2将10—4g质量值转换成1(Tg/cm2质量面密度值，并提供给被测石英
6晶体微量天平4，实现石英晶体微量天平表面定量质量加载；角系数检验 系统3检验放气物余弦定量散射系统2中质量值转换成质量面密度值的准 确性，这个准确性可追溯到国家质量计量基准。
如图2所示，本发明的放气室原位实时称重系统1包括经过标定的电 子天平11、电子天平加卸载装置12、放气室13、放气室温度控制装置14。 经过标定的电子天平11直接实时对放气室13进行称重，电子天平加载卸 载装置12实现经过标定的电子天平11的复零保证称重的准确性。放气室 温度控制装置14对放气室13进行非接触的温度控制，放气室13的质量 值被传递到放气物21的质量值，实现了质量值传递。
如图3所示，本发明的放气物余弦定量散射系统2包括放气物21、散 射装置22、沉积表面23。放气物21释放的气体通过散射装置22，到达沉 积表面23。放气室原位实时称重系统1中的放气室13对放气物21的放气 速率进行的质量量值传递，散射装置22将质量值转换成沉积表面23上的 质量面密度值。质量面密度值的准确性可向上追溯到国家质量计量基准。
如图4所示，本发明的角系数检验系统3包括经过标定的电子天平31 、 电子天平加卸载装置32、沉积量检验板33。经过标定的电子天平31直接 实时对沉积量检验板33进行称重，电子天平加载卸载装置32实现经过标 定的电子天平31的复零保证称重的准确性。沉积量检验板33接受与放气 物余弦定量散射系统2中的沉积表面23相同的质量面密度的沉积，这个 质量面密度由电子天平31质量称重，从而实现对散射系统准确验证。通 过增加放气物量使得沉积量检验板33沉积量大于10—4g，符合经过标定的 电子天平31的称重范围要求。
如图5所示，本发明的试验流程，先选择进行角系数验证试验还是石 英天平准确性验证试验。根据试验需要安装沉积量检验板或石英晶体微量天平，再安装放气物材料，并对放气物初始值进行称重，同时对沉积量检 验板进行称重或记录石英晶体微量天平频率初始值，然后开始放气散射试 验过程，试验完成后，再次对放气物进行称重，同时对沉积量检验板进行 再次称重或记录石英晶体微量天平频率最终值。根据称重和记录结果确定 角系数和石英晶体微量天平的准确性。
尽管上文对本发明的具体实施方式
进行了详细的描述和说明，但应 该指明的是，我们可以对上述实施例进行各种改变和修改，但这些都不 脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。
权利要求
1. 石英晶体微量天平测量准确性试验系统，包括放气室原位实时称重系统(1)、放气物余弦定量散射系统(2)、角系数检验系统(3)；其中，放气室原位实时称重系统(1)经过标定的电子天平(11)、电子天平加卸载装置(12)、放气室(13)、放气室温度控制装置(14)；所述电子天平(11)直接实时对放气室(13)进行称重，电子天平加载卸载装置(12)实现所述电子天平(11)的复零保证称重的准确性；所述放气室温度控制装置(14)对放气室(13)进行非接触的温度控制，所述放气室(13)的质量值被传递到放气物(21)的质量值，实现了质量值传递；所述放气物余弦定量散射系统(2)包括放气物(21)、散射装置(12)、沉积表面(13)；放气物(21)释放的气体通过散射系统(22)，到达沉积表面(23)；放气室原位实时称重系统(1)中的放气室(13)对放气物(21)的放气速率进行的质量量值传递，散射装置(12)将质量值转换成沉积表面(23)上的质量面密度值；质量面密度值的准确性可向上追溯到国家质量计量基准；所述角系数检验系统(3)包括经过标定的电子天平(31)、电子天平加卸载装置(32)、沉积量检验板(33)；所述电子天平(31)直接实时对沉积量检验板(33)进行称重，电子天平加载卸载装置(32)实现经过标定的电子天平(11)的复零保证称重的准确性；沉积量检验板(33)接受与放气物余弦定量散射系统(2)中的沉积表面(23)相同的质量面密度的沉积，这个质量面密度由电子天平(31)质量称重，从而实现对散射系统准确验证；通过增加放气物量使得沉积量检验板(33)沉积量大于10-4g，符合经过标定的电子天平(31)的称重范围要求。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述放气室原位实时称重系统(1)实现放气物质量变化的实时测量，其测量值通过标定的电子天平 追溯到国家质量计量基准。
3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述放气物余弦定量散射系统(2)通过定量散射方法将10—4g数量级的定量质量传递到石英晶体微量 天平表面上的10—7g/cm2数量级的定量质量面密度，实现了石英晶体微量天 平的定量加载，其加载量测量准确性可追溯到上级和国家计量系统的质量 基准。
4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述角系数检验系统(3)， 用于验证散射系统角系数的准确性，保证整个质量传递过程的受控。
5、 根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于所述放气室原位 实时称重系统(1)中的电子天平(11)及其加载卸载装置(12)的电子 天平称重分辨率为10—5g。
6、 根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于所述的放气物余 弦定量散射系统所采用的余弦扩散方式，能够实现1/1000的质量等分。
全文摘要
本发明涉及一种石英晶体微量天平测量准确性试验装置，包括放气室原位实时称重系统、放气物余弦定量散射系统、角系数检验系统；放气室原位实时称重系统实现放气物质量变化的实时测量，其测量值通过标定的电子天平追溯到国家质量计量基准；放气物余弦定量散射系统通过定量散射方法将10<sup>-4</sup>g数量级的定量质量传递到石英晶体微量天平表面上的10<sup>-7</sup>g/cm<sup>2</sup>数量级的定量质量面密度，实现了石英晶体微量天平的定量加载，其加载量测量准确性可追溯到上级和国家计量系统的质量基准；角系数检验系统，用于验证散射系统角系数的准确性，保证整个质量传递过程的受控。本发明的准确性试验系统的试验精度高，不确定度优于40％，采用放气物的真空下实时的直接称重，实现了放气速率的准确测量。
文档编号G01N5/02GK101451943SQ20071019519
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者钱 于, 伟 孙, 忠 易, 杨东升, 臧卫国 申请人:北京卫星环境工程研究所