专利名称：一种宽量程现场真空规校准装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种宽量程现场真空规校准装置及方法，属于测量技术领域。
背景技术：
文献“比对法真空计量标准装置的研制”，《宇航计测技术》第66期、1992年第6期、 第70 73页”，介绍了比对法真空规的校准方法及校准系统，但其校准范围为IO5 10_4Pa， 而且在KT1 压力范围内通过磁悬浮转子规进行测量，这种测量方法的下限受制于磁悬浮转子规测量下限，同时磁悬浮转子规成本比较昂贵，再加上该系统比较庞大，只适合在实验室使用，无法满足现场宽量程高精度真空规的校准需求。文献“动态流量法超高标准真空装置”，《真空科学与技术学报》第19卷、1999年第5期、第400 402页”，介绍了采用恒压式流量计校准真空规的方法，但恒压式流量计研制成本高，装置非常庞大，只适合实验室校准超高真空规，也不能实现现场宽量程真空规的校准。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，提出一种宽量程现场真空规校准装置及方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种宽量程现场真空规校准装置，包括气源1、减压阀门2、微调阀3、监测真空计4、第一真空截止阀5、第一电容薄膜规(ITorr)6、第二真空截止阀7、稳压室8、第一截止阀9、机械泵10、第二电磁阀11、分子泵12、全金属角阀13、真空室15、第二电容薄膜规(ITorr) 16、第三真空截止阀17、第三电容薄膜规(IOOOTorr) 18、被校准真空规19、第四真空截止阀21、第五真空截止阀22和真空监测真空规23 ；真空室15内有限流抽气小孔14 ； 第五真空截止阀22内有进气小孔20 ；其连接关系为减压阀门2的一端与气源1通过管路连接，减压阀门2的另一端与微调阀3的一端通过管路连接，微调阀3的另一端与第一真空截止阀5的一端、第四真空截止阀21的一端和第五真空截止阀22的一端通过管路连接；监测真空计4与微调阀3并联连接；第一真空截止阀5的另一端与第二真空截止阀7的一端和稳压室8的一端通过管路相连；第二真空截止阀7的另一端与第一电容薄膜规6的一端通过管路相连；稳压室8的另一端与第一截止阀9的一端通过管路连接；第一截止阀9的另一端与分子泵12和全金属角阀13通过管路连接；机械泵10的另一端与第二电磁阀11的一端通过管路相连；第二电磁阀11的另一端与分子泵12的一端通过管路相连；分子泵12的另一端与全金属角阀13的一端通过管路相连；全金属角阀13的另一端与真空室15通过限流抽气小孔14连接；与限流抽气小孔14相对应的真空室15的另一端与第五真空截止阀22通过进气小孔20连接； 真空室15 —侧的法兰上连接了第三电容薄膜规18，第三电容薄膜规18还与第三真空截止阀17的一端通过管路连接；第三真空截止阀17的另一端与第二电容薄膜规16通过管路连接；被校准真空规19和监测真空规23安装在真空室15上。
利用上述宽量程现场真空规校准装置进行校准的方法，采用直接比对法和流导法在11个真空数量级内实现对真空规的校准，具体步骤为1)将被校准真空规19安装在真空室15上，打开监测真空计4和真空监测真空规 23 ；2)打开微调阀3、第一真空截止阀5、第二真空截止阀7、第一截止阀9、第二电磁阀11、全金属角阀13、第三真空截止阀17、第四真空截止阀21和第五真空截止阀22，然后打开机械泵10和分子泵12对真空室15、稳压室8以及所有的管路抽真空；；3)关闭微调阀3，然后打开第一电容薄膜规6、第二电容薄膜规16和第三电容薄膜规18，稳定一段时间后进行调零；4)关闭第一截止阀9、第四真空截止阀21和第五真空截止阀22，打开减压阀门2 和第一真空截止阀5 ；5)调节微调阀3，从气源1向稳压室8中充入一定压力的气体，压力不超过133Pa， 保持温度为(23 士 3)°C ；6)打开第五真空截止阀22向真空室15中注入气体，当真空室15中的气体压力稳定后，记录第一电容薄膜规6的读数Pu，然后通过公式P = PU*CU/C计算出真空室15中的标准压力；7)重复步骤5、6，完成采用流导法校准真空规；8)关闭第一真空截止阀5和第五真空截止阀22，打开第四真空截止阀21，打开减压阀门2，通过调节微调阀3和第四真空截止阀21将气源1中的气体注入真空室15中，采用电容薄膜规18测量真空室中气体压力，使校准室中压力不超过133Pa，关闭微调阀3和全金属角阀13，待真空室15中的气体压力稳定；采用第二电容薄膜规16进行测量，记录测量结果P，并以P压力作为标准压力进行校准。9)通过微调阀3调节真空室15中的气体压力，当压力大于133 时关闭第三真空截止阀17，然后采用第三电容薄膜规18测量标准压力；记录测量结果P，并以P压力作为标准压力进行校准；10)依次关闭分子泵12、机械泵10。上述步骤2)中，真空室15中的真空度小于IX 10_7Pa，稳压室8中的真空度小于 1 X KT4Pa ；上述步骤幻中第一电容薄膜规6、第二电容薄膜规16和第三电容薄膜规18的稳定时间大于等于4h;上述步骤4)中稳压室8中气体压力稳定的定义为压力的变化值不超过5% ；上述步骤5)中每个数量级至少取3个校准点，测量结果Pu是至少6次测量的平均值；上述步骤6)中每个数量级至少取3个校准点，测量结果P是至少6次测量的平均值。有益效果本发明的方法对真空规的校准范围为IO5 10_7Pa，在IO5 10-1 范围内的标准不确定度为1.5%，在10_2 10’a范围内的标准不确定度为2.0%，在10_7Pa时的测量不确定度为5%，该方法量程宽、精度高且适合于现场操作；该装置体积小、质量轻。
图1为本发明的装置的示意图；其中，1-气源，2-减压阀门，3-微调阀，4-监测真空计，5-第一真空截止阀，6-第一电容薄膜规，7-第二真空截止阀，8-稳压室，9-第一截止阀，10-机械泵，11-第二电磁阀， 12-分子泵，13-全金属角阀，14-限流抽气小孔，15-真空室，16-第二电容薄膜规，17-第三真空截止阀，18-第三电容薄膜规，19-被校准真空规，20-进气小孔，21-第四真空截止阀， 22-第五真空截止阀，23-真空监测真空规23。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。实施例一种宽量程现场真空规校准装置，包括气源1、减压阀门2、微调阀3、监测真空计 4、第一真空截止阀5、第一电容薄膜规6、第二真空截止阀7、稳压室8、第一截止阀9、机械泵 10、第二电磁阀11、分子泵12、全金属角阀13、真空室15、第二电容薄膜规16、第三真空截止阀17、第三电容薄膜规18、被校准真空规19、第四真空截止阀21和第五真空截止阀22 ；真空室15内有限流抽气小孔14 ；第五真空截止阀22内有进气小孔20 ；其连接关系为减压阀门2的一端与气源1通过管路连接，减压阀门2的另一端与微调阀3的一端通过管路连接，微调阀3的另一端与第一真空截止阀5的一端、第四真空截止阀21的一端和第五真空截止阀22的一端通过管路连接；监测真空计4与微调阀3并联连接；第一真空截止阀5的另一端与第二真空截止阀7的一端和稳压室8的一端通过管路相连；第二真空截止阀7的另一端与第一电容薄膜规6的一端通过管路相连；稳压室8的另一端与第一截止阀9的一端通过管路连接；第一截止阀9的另一端与机械泵10的一端通过管路连接；机械泵10的另一端与第二电磁阀11的一端通过管路相连；第二电磁阀11的另一端与分子泵12的一端通过管路相连；分子泵12的另一端与全金属角阀13的一端通过管路相连；全金属角阀13的另一端与真空室15通过限流抽气小孔14连接；与限流抽气小孔 14相对应的真空室15的另一端与第五真空截止阀22通过进气小孔20连接；真空室15 — 侧的法兰上连接了第三电容薄膜规18，第三电容薄膜规18还与第三真空截止阀17的一端通过管路连接；第三真空截止阀17的另一端与第二电容薄膜规16通过管路连接；被校准真空规19安装在真空室15上。利用上述宽量程现场真空规校准装置进行校准的方法，采用直接比对法和流导法在11个真空数量级内实现对真空规的校准，具体步骤为1)将被校准真空规19安装在真空室15上；打开监测真空计4、23 ；2)打开微调阀3、第一真空截止阀5、第二真空截止阀7、稳压室8、第一截止阀9、 第二电磁阀11、全金属角阀13、第三真空截止阀17、第四真空截止阀21和第五真空截止阀 22，然后依次打开机械泵10和分子泵12对真空室15、稳压室8以及所有的管路抽真空。3)关闭微调阀3、第一截止阀9、第四真空截止阀21和第五真空截止阀22，然后打开第一电容薄膜规6、第二电容薄膜规16和第三电容薄膜规18，稳定4小时后，且真空室15 和稳压室8中真空度小于IX 时，对第一电容薄膜规6、第二电容薄膜规16和第三电容薄膜规18进行调零；然后关闭第一截止阀9、第四真空截止阀21和第五真空截止阀22 ；4)打开减压阀门2和第一真空截止阀5，然后通过调节微调阀3从气源1向稳压室8中充入压力为1. 55Pa的N2气体，然后关闭微调阀3 ；稳压室8中气体压力稳定，保持温度为(23 士 3)°C ；5)在真空室15中的压力小于IX KT7Pa(3. 8X I(T8Pa)打开第五真空截止阀22， 稳压室8中的气体进入真空室15中；当真空室15中的气体压力稳定后，记录第一电容薄膜规6的读数的平均值，压力为1. 42Pa,然后通过公式P = Pu*Cu/C其中Cu/C = 1. 3X 10_6， 计算出真空室15中的标准压力为1. 85X10_6Pa，记录被校准真空规19的读数的平均值为 2. 2 X KT6Pa ；6)继续通过微调阀3向稳定室8中注入N2气，重复步骤4)和5)，利用流导法对被校准真空规19在10_2 范围内进行校准；7)关闭第一真空截止阀5、全金属角阀13和第五真空截止阀22，打开第四真空截止阀21，气源1中的气体通过减压阀门2、微调阀3和第四真空截止阀21进入到真空室15 中，然后关闭微调阀3，待真空室15中的气体压力稳定；当真空室15中压力小于1331 采用第二电容薄膜规16(FS133Pa)进行测量，记录第二电容薄膜规16和被校准真空规19读数的平均值，分别为1. 24Pa、l. 3Pa，计算出修正因子c = 1. 24/1. 3 = 0. 95 ；这样在每个压力数量级取3个校准点，计算出每个点的修正因子，最后得出平均修正因子为0. 96 ；8)继续通过微调阀3向真空室15中中注入N2气体，当真空室15中的压力接近 133Pa时，关闭第三真空截止阀17 ；通过监测真空计4观察真空室15中气体压力，当调节到需要的压力点即监测真空计4的读数为201 时，关闭微调阀3，采用第三电容薄膜规18 的读数作为标准进行校准，记录第三电容薄膜规18读数的平均值200. 55Pa，记录被校准真空规19读数的平均值为203. 5Pa，计算出修正因子c = 200. 55/203. 5 = 0. 99，这样一次通过微调阀3调整真空室15中气体压力，每个数量级校准3个点，这样利用对比法在IO5 IO-1Pa范围内对被校准真空规19进行校准，最后得出平均修正因子为0. 99。由于被校准的是复合型真空规，分别在IO5 10-1 和10—1 IOla两个区间范围内是线性的，因此校准结果分别给出修正因子为0. 96和0. 99 ；被校准真空规19的测量不确定度为在IO5 KT1Pa,合成标准测量不确定度1. 7% ；在KT1 IOla范围内，合成标准测量不确定度2.3%。
权利要求
1.一种宽量程现场真空规校准装置，其特征在于包括气源(1)、减压阀门O)、微调阀 (3)、监测真空计(4)、第一真空截止阀(5)、第一电容薄膜规(6)、第二真空截止阀(7)、稳压室(8)、第一截止阀(9)、机械泵(10)、第二电磁阀(11)、分子泵(12)、全金属角阀(13)、真空室(15)、第二电容薄膜规(16)、第三真空截止阀(17)、第三电容薄膜规(18)、被校准真空规(19)、第四真空截止阀(21)、第五真空截止阀02)和真空监测真空规(23)；真空室(15) 内有限流抽气小孔(14)；第五真空截止阀02)内有进气小孔OO)；减压阀门(2)的一端与气源(1)通过管路连接，减压阀门O)的另一端与微调阀(3) 的一端通过管路连接，微调阀( 的另一端与第一真空截止阀( 的一端、第四真空截止阀 (21)的一端和第五真空截止阀02)的一端通过管路连接；监测真空计(4)与微调阀(3)并联连接；第一真空截止阀(5)的另一端与第二真空截止阀(7)的一端和稳压室(8)的一端通过管路相连；第二真空截止阀(7)的另一端与第一电容薄膜规(6)的一端通过管路相连； 稳压室(8)的另一端与第一截止阀(9)的一端通过管路连接；第一截止阀(9)的另一端与分子泵(12)和全金属角阀(13)通过管路连接；机械泵(10)的另一端与第二电磁阀(11) 的一端通过管路相连；第二电磁阀(11)的另一端与分子泵(1 的一端通过管路相连；分子泵(12)的另一端与全金属角阀(13)的一端通过管路相连；全金属角阀(13)的另一端与真空室(15)通过限流抽气小孔(14)连接；与限流抽气小孔(14)相对应的真空室(15)的另一端与第五真空截止阀0 通过进气小孔OO)连接；真空室(1 一侧的法兰上连接了第三电容薄膜规(18)，第三电容薄膜规(18)还与第三真空截止阀(17)的一端通过管路连接；第三真空截止阀(17)的另一端与第二电容薄膜规(16)通过管路连接；被校准真空规 (19)和监测真空规23安装在真空室(15)上。
2.一种宽量程现场真空规校准方法，其特征在于具体步骤为1)将被校准真空规(19)安装在真空室(15)上，打开监测真空计(4)和真空监测真空规(23)；2)打开微调阀(3)、第一真空截止阀(5)、第二真空截止阀(7)、第一截止阀(9)、第二电磁阀(11)、全金属角阀(13)、第三真空截止阀(17)、第四真空截止阀和第五真空截止阀(22)，然后打开机械泵(10)和分子泵(1 对真空室(15)、稳压室(8)以及所有的管路抽真空；3)关闭微调阀(3)，然后打开第一电容薄膜规(6)、第二电容薄膜规(16)和第三电容薄膜规(18)，稳定一段时间后进行调零；4)关闭第一截止阀(9)、第四真空截止阀和第五真空截止阀(22)，打开减压阀门 (2)和第一真空截止阀(5)；5)调节微调阀(3)，从气源(1)向稳压室(8)中充入一定压力的气体，压力不超过 133Pa，保持温度为(23 士 3)°C ；6)打开第五真空截止阀02)向真空室(15)中注入气体，当真空室(15)中的气体压力稳定后，记录第一电容薄膜规(6)的读数Pu，然后通过公式P = PU*CU/C计算出真空室(15) 中的标准压力；7)重复步骤5、6，完成采用流导法校准真空规；8)关闭第一真空截止阀(5)和第五真空截止阀(22)，打开第四真空截止阀(21)，打开减压阀门O)，通过调节微调阀( 和第四真空截止阀将气源(1)中的气体注入真空室(1 中，采用电容薄膜规18测量真空室中气体压力，使校准室中压力不超过133Pa，关闭微调阀⑶和全金属角阀(13)，待真空室(15)中的气体压力稳定；采用第二电容薄膜规 (16)进行测量，记录测量结果P，并以P压力作为标准压力进行校准；9)通过微调阀(3)调节真空室(15)中的气体压力，当压力大于133 时关闭第三真空截止阀(17)，然后采用第三电容薄膜规(18)测量标准压力；记录测量结果P，并以P压力作为标准压力进行校准；10)依次关闭分子泵(12)、机械泵(10)。
3.根据权利要求2所述的一种宽量程现场真空规校准方法，其特征在于步骤2)中， 真空室(15)中的真空度小于lX10_7Pa，稳压室(8)中的真空度小于1 X 10_4Pa。
4.根据权利要求2所述的一种宽量程现场真空规校准方法，其特征在于步骤；3)中第一电容薄膜规(6)、第二电容薄膜规(16)和第三电容薄膜规(18)的稳定时间大于等于4h。
5.根据权利要求2所述的一种宽量程现场真空规校准方法，其特征在于步骤4)中稳压室(8)中气体压力稳定的定义为压力的变化值不超过5%。
6.根据权利要求2所述的一种宽量程现场真空规校准方法，其特征在于步骤幻中每个数量级至少取3个校准点，测量结果Pu是至少6次测量的平均值。
7.根据权利要求2所述的一种宽量程现场真空规校准方法，其特征在于步骤6)中每个数量级至少取3个校准点，测量结果P是至少6次测量的平均值。
全文摘要
本发明涉及一种宽量程现场真空规校准装置及方法，属于测量技术领域。包括气源、减压阀门、微调阀、监测真空计、五个真空截止阀、三个电容薄膜规、稳压室、第一截止阀、机械泵、第二电磁阀、分子泵、全金属角阀、真空室、被校准真空规和真空监测真空规；真空室内有限流抽气小孔；第五真空截止阀内有进气小孔。本发明的方法对真空规的校准范围为105～10-7Pa，在105～10-1Pa范围内的标准不确定度为1.5％，在10-2～10-6Pa范围内的标准不确定度为2.0％，在10-7Pa时的测量不确定度为5％，该方法量程宽、精度高且适合于现场操作；该装置体积小、质量轻。
文档编号G01L27/00GK102393275SQ20111028923
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者卢耀文 申请人:江苏东方航天校准检测有限公司