减小器壁出气误差的工作用容积测量装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种减小器壁出气误差的工作用容积测量装置及方法，其中，装置包括工作用容积体和参考容积体，所述工作用容积体和所述参考容积体通过第一阀门连接，所述参考容积体通过第二阀门连接有第一非蒸散型吸气剂泵，所述参考容积体通过第三阀门连接有抽气系统，所述工作用容积体通过第四阀门连接有第二非蒸散型吸气剂泵，所述工作用容积体连接有真空计。上述方案，通过第一非蒸散型吸气剂泵、第二非蒸散型吸气剂泵相应的选择性抽除工作用容积体及参考容积体壁面脱附的活性气体，维持了工作用容积体及参考容积体内静态压力，进而提高了工作用容积体的容积测量精度。
【专利说明】减小器壁出气误差的工作用容积测量装置及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及容积测量【技术领域】，尤其涉及一种减小器壁出气误差的工作用容积测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]气体微流量标准的高进度气体微流量计主要用于气体微流量的测量，其中，工作用容积体的容积值的测量进度决定了气体微流量的测量精度。目前，一般采用静态膨胀法测量高精度气体微流量计工作用容积体的容积值。
[0003]采用上述方式，具有可原位测量、操作简单等优点。但是，其采用电容薄膜真空计测量压力时，会受到热流逸效应的影响，对测量结果产生不利影响，此外，上述方式无法避免工作用容积体的壁面气体脱附引入的测量误差，且该测量偏差为测量结果的不确定度分量的主要贡献分量。
【发明内容】
[0004]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0005]本发明提供一种减小器壁出气误差的工作用容积测量装置及方法，用以提高工作用容积体容积的测量精度。
[0006]本发明提供一种减小器壁出气误差的工作用容积测量装置，包括工作用容积体和参考容积体，所述工作用容积体和所述参考容积体通过第一阀门连接，所述参考容积体通过第二阀门连接有第一非蒸`散型吸气剂泵，所述参考容积体通过第三阀门连接有抽气系统，所述工作用容积体通过第四阀门连接有第二非蒸散型吸气剂泵，所述工作用容积体连接有真空计。
[0007]本发明还提供一种采用上述装置的容积测量方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:关闭所述第二阀门及所述第四阀门，开启所述第一阀门、所述第三阀门及所述抽气系统，对所述工作用容积体和所述参考容积体进行抽气；
[0009]步骤2:抽至所述工作用容积体和所述参考容积体内极限真空度达到设定数量级时，开启所述第二阀门及所述第四阀门，并激活所述第一非蒸散型吸气剂泵和所述第二非蒸散型吸气剂泵，在所述第一非蒸散型吸气剂泵和所述第二非蒸散型吸气剂泵激活完毕后关闭所述第二阀门和所述第四阀门；
[0010]步骤3:开启所述真空计，并使所述真空计至少稳定预定时长后，关闭所述第一阀门和所述第三阀门，相应开启所述第二阀门及所述第四阀门，通过所述第一非蒸散型吸气剂泵、所述第二非蒸散型吸气剂泵相应的选择性抽除所述工作用容积体及所述参考容积体壁面脱附的活性气体，维持所述工作用容积体及所述参考容积体内静态压力；[0011]步骤4:向所工作用容积体充入预定量的惰性气体，稳定第一设定时长后，通过所述真空计获得所述工作用容积体的真空度P1 ;
[0012]步骤5:开启所述第一阀门，使所述工作用容积体内的所述惰性气体膨胀至所述参考容积体，稳定第二设定时长后，通过所述真空计获得所述工作用容积体的真空度P2 ;
[0013]步骤6:由Pl、p2及所述参考容积体的容积值，根据波义耳-马略特定律获得所述工作用容积体的容积值。
[0014]本发明提供的上述方案，通过第一非蒸散型吸气剂泵、第二非蒸散型吸气剂泵相应的选择性抽除工作用容积体及参考容积体壁面脱附的活性气体，维持了工作用容积体及参考容积体内静态压力，进而提高了工作用容积体的容积测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0016]图1为本发明实施例提供的减小器壁出气误差的工作用容积测量装置的原理图。【具体实施方式】
[0017]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0018]图1为本发明实施例提供的减小器壁出气误差的工作用容积测量装置的原理图，如图1所示，本发明实施例提供的减小器壁出气误差的工作用容积测量装置，包括工作用容积体3和参考容积体5，工作用容积体3和参考容积体5通过第一阀门4连接，参考容积体5通过第二阀门6连接有第一非蒸散型吸气剂泵7，参考容积体5通过第三阀门8连接有抽气系统9，工作用容积体3通过第四阀门10连接有第二非蒸散型吸气剂泵11，工作用容积体3连接有真空计2。
[0019]本发明提供的上述方案，通过第一非蒸散型吸气剂泵7、第二非蒸散型吸气剂泵11相应的选择性抽除工作用容积体3及参考容积体5壁面脱附的活性气体，维持了工作用容积体3及参考容积体5内静态压力，进而提高了工作用容积体3的容积测量精度。
[0020]实际使用中，参考容积体5为进行精确标定后的具有固定容积大小的部件。参考容积体5容积的标定可以在国家认可的计量单位进行标定。工作用容积体3是一个具有特定容积大小的部件。
[0021]工作用容积体3通过第五阀门I与气源12连接，气源12可以为工作用容积体3充入氮气、氩气或氦气等气体。
[0022]其中，第一阀门4、第二阀门6、第三阀门8、第四阀门10及第五阀门I均为真空阀门，以保证较好的气密性，使工作用容积体3和参考容积体5内可以保持一个较高的真空度。
[0023]真空计2为磁悬浮转子真空计，以减小累积误差，提高测量的可靠性及可重复性。[0024]本发明实施例还提供一种采用上述实施例减小器壁出气误差的工作用容积测量装置的容积测量方法，包括以下步骤:
[0025]步骤1:关闭所述第二阀门6及所述第四阀门10，开启所述第一阀门4、所述第三阀门8及所述抽气系统9，对所述工作用容积体3和所述参考容积体5进行抽气；抽气系统9可以但不限于为一个或多个真空泵，其用于对工作用容积体3和参考容积体5进行抽真空处理。
[0026]步骤2:抽至所述工作用容积体3和所述参考容积体5内极限真空度达到设定数量级时，开启所述第二阀门6及所述第四阀门10，并激活所述第一非蒸散型吸气剂泵7和所述第二非蒸散型吸气剂泵11，在所述第一非蒸散型吸气剂泵7和所述第二非蒸散型吸气剂泵11激活完毕后关闭所述第二阀门6和所述第四阀门10 ;对第一非蒸散型吸气剂泵7和第二非蒸散型吸气剂泵11进行加热来激活，其中，激活温度可以但不限于选择150度，激活时间可以但不限于为I小时，采用在极限真空度达到KT6Pa数量级时，来激活第一非蒸散型吸气剂泵7和第二非蒸散型吸气剂泵11，可提高激活效率，降低对第一非蒸散型吸气剂泵7和第二非蒸散型吸气剂泵11的损伤，延长使用寿命。
[0027]步骤3:开启所述真空计2，并使所述真空计2至少稳定预定时长后，关闭所述第一阀门4和所述第三阀门8，相应开启所述第二阀门6及所述第四阀门10，通过所述第一非蒸散型吸气剂泵7、所述第二非蒸散型吸气剂泵11相应的选择性抽除所述工作用容积体3及所述参考容积体5壁面脱附的活性气体，维持所述工作用容积体3及所述参考容积体5内静态压力，其中，真空计2可以但不限于采用磁悬浮转子真空计。此处的活性气体可以是H2, CO等。根据具体的实际需要来选择性的决定工作用容积体3及参考容积体5内的静态压力，例如但不限于为3.83 X IO^6Pa0
[0028]步骤4:向所工作用容积体3充入预定量的惰性气体，稳定第一设定时长后，通过所述真空计2获得所述工作用容积体3的真空度Pl。
[0029]步骤5:开启所述第一阀门4`，使所述工作用容积体3内的所述惰性气体膨胀至所述参考容积体5，稳定第二设定时长后，通过所述真空计2获得所述工作用容积体3的真空度P2。
[0030]步骤6:由所述P1、所述P2及所述参考容积体5的容积值，根据波义耳-马略特定律获得所述工作用容积体3的容积值。
[0031]由于第一非蒸散型吸气剂泵7、第二非蒸散型吸气剂泵11有效的避免了工作用容积体3及参考容积体5壁面气体脱附产生的测量误差，将测量不确定度减小为Um1=0.1%以内，提高了工作用容积体3容积的测量精度。
[0032]实际使用中，惰性气体的压力可以但不限于为0.1Pa-1Pa数量级。预定时长至少为4小时。第一设定时长至少为50秒。第二设定时长至少为50秒，以使充入的惰性气体充分的稳定，防止出现压力波动。惰性气体可选用氩气或氦气。极限真空度的设定数量级例如但不限于为10_6Pa。
[0033]例如，本发明实施例中，可选用通过气源12向工作用容积体3内充入约0.5Pa的氩气，稳定50秒后，测得P1为0.5864Pa。打开第一阀门4，使氩气膨胀进参考容积体5，然后稳定50秒后，测得P2为3.3789 X 10_2Pa。若参考容积体5的容积为1.0086 X 10?3,则根据波义耳-马略特定律获得所述工作用容积体3的容积为6.1670X 10_5m3。[0034]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种减小器壁出气误差的工作用容积测量装置，其特征在于，包括工作用容积体和参考容积体，所述工作用容积体和所述参考容积体通过第一阀门连接，所述参考容积体通过第二阀门连接有第一非蒸散型吸气剂泵，所述参考容积体通过第三阀门连接有抽气系统，所述工作用容积体通过第四阀门连接有第二非蒸散型吸气剂泵，所述工作用容积体连接有真空计。
2.根据权利要求1所述的减小器壁出气误差的工作用容积测量装置，其特征在于，所述工作用容积体通过第五阀门与气源连接。
3.根据权利要求2所述的减小器壁出气误差的工作用容积测量装置，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门及所述第五阀门均为真空阀门。
4.根据权利要求1-3任一项所述的减小器壁出气误差的工作用容积测量装置，其特征在于，所述真空计为磁悬浮转子真空计。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的减小器壁出气误差的工作用容积测量装置的容积测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:关闭所述第二阀门及所述第四阀门，开启所述第一阀门、所述第三阀门及所述抽气系统，对所述工作用容积体和所述参考容积体进行抽气； 步骤2:抽至所述工作用容积体和所述参考容积体内极限真空度达到设定数量级时，开启所述第二阀门及所述第四阀门，并激活所述第一非蒸散型吸气剂泵和所述第二非蒸散型吸气剂泵，在所述第一非蒸散型吸气剂泵和所述第二非蒸散型吸气剂泵激活完毕后关闭所述第二阀门和所述第四阀门； 步骤3:开启所述真空计，并使所述真空计至少稳定预定时长后，关闭所述第一阀门和所述第三阀门，相应开启所述第二阀门及所述第四阀门，通过所述第一非蒸散型吸气剂泵、所述第二非蒸散型吸气剂泵相应的选择性抽除所述工作用容积体及所述参考容积体壁面脱附的活性气体，维持所述工作用容积体及所述参考容积体内静态压力； 步骤4:向所工作用容积体充入预定量的惰性气体，稳定第一设定时长后，通过所述真空计获得所述工作用容积体的真空度P1 ; 步骤5:开启所述第一阀门，使所述工作用容积体内的所述惰性气体膨胀至所述参考容积体，稳定第二设定时长后，通过所述真空计获得所述工作用容积体的真空度P2 ; 步骤6:由所述P1、所述p2及所述参考容积体的容积值，根据波义耳-马略特定律获得所述工作用容积体的容积值。
6.根据权利要求5所述的容积测量方法，其特征在于，所述惰性气体的压力为0.1Pa-1Pa数量级；和/或，所述极限真空度的设定数量级为10_6Pa。
7.根据权利要求5或6所述的容积测量方法，其特征在于，所述预定时长至少为4小时。
8.根据权利要求5或6所述的容积测量方法，其特征在于，所述第一设定时长至少为50秒。
9.根据权利要求5或6所述的容积测量方法，其特征在于，所述第二设定时长至少为50秒。
10.根据权利要求5或6所述的容积测量方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氦气。
【文档编号】G01F17/00GK103808383SQ201310724789
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】习振华, 成永军, 张伟文, 孙雯君, 马奔, 魏万印, 盛学民 申请人:兰州空间技术物理研究所