专利名称：一种测量极小气体流量的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量极小气体流量的装置和方法，特别涉及一种利用非蒸散型吸 气剂泵测量极小气体流量的装置和方法。
背景技术：
在计量实验室中，大多采用高精度气体微流量计测量和提供已知气体流量。高精 度气体微流量计多选用恒压式气体微流量计。文献“冯焱，成永军，张涤新，等.恒压式气体微流量计的性能测试.真空科学与技 术学报25 (3)，2005. ”介绍了当不采用非蒸散型吸气剂泵抽气时，器壁放气引起的测量不确 定度在10_8Pa. m3/s量级为0. 6%，在10_9Pa. m3/s量级为3%。器壁的放气限制了 10_8Pa. m3/ s量级以下流量的精确测量。恒压式气体微流量计的精确测量范围为(lXlO—8 1X10—4) Pa. m3/s ο
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种测量极小气体流量的装 置和方法，完全消除器壁放气的影响，采用固定流导法测量气体流量，使得流量值小于 IXlO-8Pa. m3/s的气体流量能够精确测量，将流量的测量下限延伸到了 10_13Pa. m3/S量级。本发明提供了一种测量极小气体流量的装置，包括气瓶、微调阀、稳压室、四个阀 门、吸气剂泵、分子泵、前级泵、电容薄膜规、磁悬浮转子规以及小孔，其中气瓶通过微调阀 与稳压室连接，小孔与阀门二并联后一端通过阀门一和稳压室相连，一端和真空系统相连， 吸气剂泵通过阀门三和稳压室相连，前级泵和分子泵串连后通过阀门四和稳压室连接，电 容薄膜规和磁悬浮转子规直接连接在稳压室的器壁上。所述的吸气剂泵为非蒸散型吸气剂泵，分子泵为无油涡轮分子泵、前级泵为干泵， 阀门为超高真空角阀，小孔的分子流流导为10_9m7S数量级，气瓶内贮存的气体为高纯惰性 气体。本发明还提供了一种测量极小气体流量的方法，包括以下步骤(1)打开阀门一、阀门二、阀门四，依次启动前级泵和分子泵，对稳压室及连接真空 管道抽气；(2)对装置整体进行烘烤除气，烘烤温度以勻速率分别升至各自最高点后，保持 60 80h ；(3)在烘烤最高温度保持期间，打开吸气剂泵的连接阀门，对吸气剂泵进行激活， 激活2 4h后停止，关闭吸气剂泵连接阀门，然后再以勻速率逐渐降至室温，当温度恢复至 室温后，再打开吸气剂泵连接阀门，继续抽气M 48h，直至稳压室内达到数量级的 极限真空；(4)关闭阀门一、阀门四，此时稳压室内的压力开始缓慢上升；(5)待稳压室内的压力稳定后，调节微调阀，给稳压室内充入一定压力的惰性气体；通过电容薄膜规11和磁悬浮转子规12得到气体的压力；(6)打开阀门一，关闭阀门二，将稳压室内的惰性气体通过小孔引入到真空系统 中；(7)通过气体的压力和小孔的流导得到气体的流量。其中，步骤O)中对装置整体的最高烘烤温度为120 150°C，烘烤温度上升和下 降的勻速率为20 40°C /h。步骤(3)中对吸气剂泵的激活温度为450 500°C。本发明与现有技术相比的有益效果是(1)采用吸气剂泵对稳压室及其真空管道进行抽气，完全避免了稳压室及管道内 壁放气引起的测量不确定度，保证了测量下限的有效延伸，使得流量值小于IX 10_8Pa. m3/s 的极小气体流量能够精确测量。(2)采用固定流导法测量气体流量，使恒压式流量计向更小流量的延伸变得简单、 方便。
图1是本发明利用非蒸散型吸气剂泵测量极小气体流量的装置结构图。图中:1-气瓶、2-微调阀、4、5、6、8_阀门、3_稳压室、7-吸气剂泵、9-分子泵、 10-前级泵、11-电容薄膜规、12-磁悬浮转子规、13-小孔。
具体实施例方式图1所示是本发明的一个优选实施方式，包括气瓶1、微调阀2、稳压室3、阀门4、 阀门5、阀门6、吸气剂泵7、阀门8、分子泵9、前级泵10、电容薄膜规11、磁悬浮转子规12以 及小孔13组成，气瓶1通过微调阀2与稳压室3连接，小孔13与阀门5并联后一端通过阀 门4和稳压室3相连，一端和真空系统相连，吸气剂泵7通过阀门6和稳压室3相连，前级 泵10和分子泵9串连后通过阀门8和稳压室3连接，电容薄膜规11和磁悬浮转子规12直 接连接在稳压室3的器壁上。其中，吸气剂泵7为非蒸散型吸气剂泵，分子泵9为无油涡轮分子泵、前级泵10为 干泵，阀门6为超高真空角阀，小孔13的分子流流导为10_9m7S数量级，气瓶1内贮存的气 体为高纯惰性气体。本装置的测量原理为使用分子泵9、前级泵10和吸气剂泵7将稳压室3抽至极 限真空后，使用吸气剂泵7进行维持，因为吸气剂泵7对惰性气体无抽速，可使稳压室3达 到较高的极限真空度；惰性气体从气瓶1流入稳压室3，通过电容薄膜规11和磁悬浮转子 规12可以得到气体的压力；通过小孔13的流导和气体的压力可以得到气体流量。本实施方式采用的方法为(1)打开阀门一 4、阀门二 5、阀门四8，依次启动前级泵10和分子泵9，对稳压室3及连接真空管道抽气；(2)对装置整体进行烘烤除气，烘烤温度以30°C /h的勻速率分别升至各自最高点 后，保持72h;(3)在烘烤最高温度保持期间，打开吸气剂泵7的连接阀门6，对吸气剂泵7进行激活，激活温度为500°C，激活池后停止，关闭吸气剂泵7连接阀门6，然后再以30°C /h的 勻速率逐渐降至室温，当温度恢复至室温后，再打开吸气剂泵7连接阀门6，继续抽气Mh， 此时稳压室3内的真空度为2X 10_6Pa ；(4)关闭阀门一 4、阀门四8，此时稳压室3内的压力开始缓慢上升；(5)待稳压室3内的压力稳定后4X10_5Pa，调节微调阀2，给稳压室3内充 入一定压力的He，IOmin后达到稳定，用磁悬浮转子规12测得稳压室3内的压力为 6. 4165 X KT4Pa ；(6)打开阀门一 4，关闭阀门二 5，将稳压室3内的惰性气体通过小孔13引入到真 空系统中，IOmin后达到动态平衡，则该装置提供的气体流量由(1)式计算Q = P0 · CHe............................................(1)式中Q-流量，Pa.m3/s ；P0-稳压室内的气体压力，1 ；Clle-在分子流条件下，小孔13相对于He的流导，m3/S。其中，事先测得CHe 为 1. 38X 10_9m7S。将P0 = 6. 4165 X 10_4Pa，CHe = 1. 38 X lOV/s分别代入式(1)，计算得到流量的测 量值为 8. 855 X KT13Pa. m3/s。
权利要求
1.一种测量极小气体流量的方法，包括以下步骤(1)打开阀门一(4)、阀门二 (5)、阀门四(8)，依次启动前级泵(10)和分子泵(9)，对稳 压室( 及连接真空管道抽气；(2)对装置整体进行烘烤除气，烘烤温度以勻速率分别升至各自最高点后，保持60 80h ；(3)在烘烤最高温度保持期间，打开吸气剂泵(7)的连接阀门(6)，对吸气剂泵(7)进 行激活，激活2 4h后停止，关闭吸气剂泵连接阀门，然后再以勻速率逐渐降至室温，当温 度恢复至室温后，再打开吸气剂泵连接阀门，继续抽气M 48h，直至稳压室(3)内达到 10_6Pa数量级的极限真空；(4)关闭阀门一G)、阀门四(8)，此时稳压室(3)内的压力开始缓慢上升；(5)待稳压室(3)内的压力稳定后，调节微调阀O)，给稳压室(3)内充入一定压力的 惰性气体；通过电容薄膜规11和磁悬浮转子规12得到气体的压力；(6)打开阀门一(4)，关闭阀门二 (5)，将稳压室(3)内的惰性气体通过小孔(13)引入 到真空系统中；(7)通过气体的压力和小孔(13)的流导得到气体的流量。
2.根据权利要求1所述的一种测量极小气体流量的方法，其特征在于，步骤(2)中对装 置整体的最高烘烤温度为120 150°C，烘烤温度上升和下降的勻速率为20 40°C /h。
3.根据权利要求1所述的一种测量极小气体流量的方法，其特征在于，步骤(3)中对吸 气剂泵的激活温度为450 500°C。
全文摘要
本发明涉及一种测量极小气体流量的方法，包括以下步骤(1)对稳压室及连接真空管道抽气；(2)对装置整体进行烘烤除气；(3)利用吸气剂泵使稳压室内达到10-6Pa数量级的极限真空；(4)控制稳压室内的压力缓慢上升；(5)给稳压室内充入一定压力的惰性气体；得到气体的压力；(6)将稳压室内的惰性气体通过小孔引入到真空系统中；(7)通过气体的压力和小孔的流导得到气体的流量。本发明所述方法可以充分利用“一种测量极小气体流量的装置”的特性，完全避免了稳压室及管道内壁放气引起的测量不确定度，保证了测量下限的有效延伸，使得流量值小于1×10-8Pa.m3/s的极小气体流量能够精确测量。
文档编号G01F1/34GK102042852SQ20101052309
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者冯焱, 徐婕, 成永军, 李得天, 郭美如 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所