一种基于扭秤技术的材料出气率精确测试方法

本发明涉及材料出气率测试领域，尤其涉及一种基于扭秤技术的材料出气率精确测试方法。

背景技术：

1、材料的出气效应是真空领域的常见问题，真空系统的极限真空度受限于系统内材料的出气率水平。目前，材料出气率的测试方法主要有静态升压法和小孔流导法，前者通过监测真空系统内部压力变化实现内部出气率评估，因此极高分辨率的真空计是不可或缺的。后者通过对比已知流导的小孔两边的压力差异实现出气率测试，为了实现高精度的出气率测试，需要为其提供极高真空乃至极限真空的实验环境。国内典型的出气率测试系统通过静态升压法测量的测量下限约在10-9pa.m/s水平[1]，通过小孔流导法的测量下限达到10-10pa·m/s[2]。在高分辨率测量的需求下，当前主流测试方法都对真空系统环境有很高的需求，且实验操作困难。此外，用于真空领域的测试方法关注于一段测试时间内材料出气率的平均值，无法对材料瞬时的出气率涨落进行观测。

2、引力波探测是近年来物理学的热点之一，空间引力波探测技术核心载荷之一的惯性传感器在科学模式下需要维持自由落体状态，因此要抑制各项非保守力造成的残余加速度在一定噪声水平内。在太空真空环境下，材料出气效应作为成为影响惯性传感器残余加速度的一项干扰，有必要对其进行测试评估。

3、现阶段使用的传统方法只能对材料一段时间内的平均出气率水平进行测量，无法对样品出气率波动进行研究。此外，传统测试方法多数应用于真空容器本体或是大体积样品的出气率测试，难以测试出气量较小的小体积样品。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于扭秤技术的材料出气率精确测试方法，能够实现对小体积样品的出气率测量，并提高测量效率。

2、本发明一实施例提供一种材料出气率测量系统，包括容器，还包括：扭摆装置、角度探测装置以及样品放置装置；

3、所述扭摆装置包括检验质量模块，所述检验质量模块悬空放置在所述容器内；

4、所述角度探测装置用于探测所述检验质量模块的偏转角度；

5、所述样品放置装置设在所述容器内，所述样品放置装置包括样品出气管道，所述样品出气管道的输出口正对所述检验质量模块。

6、进一步的，所述扭摆装置还包括：真空导引、磁阻尼以及扭丝；

7、所述真空导引设在所述容器上，所述真空导引与所述磁阻尼相连；

8、所述磁阻尼设在所述容器内部一密闭空间内，所述磁阻尼位于所述真空导引和所述检验质量模块之间，且所述磁阻尼通过扭丝与所述检验质量模块相连。

9、进一步的，所述角度探测装置包括一自准直仪，所述角度探测装置通过所述自准直仪对所述检验质量模块进行观测。

10、进一步的，所述检验质量模块包括玻璃薄片、反射镜以及套管；

11、所述玻璃薄片为工字型石英玻璃薄片，包括两端玻璃片与中段连接杆；

12、所述反射镜设在所述套管两侧，用于反射角度探测装置发出的光束；

13、所述套管设在所述中段连接杆上，用于连接扭丝与所述检验质量模块。

14、进一步的，所述样品放置装置还包括样品室以及阀门；

15、所述样品室设在所述容器内，与所述阀门相连，用于放置待测样品；

16、所述阀门连通所述样品室与所述样品出气管道。

17、进一步的，所述系统还包括对照装置；

18、所述对照装置包括对照室、对照阀门以及对照管道；其中，所述对照室与所述样品室构造相同；

19、所述对照室设在所述容器内，与所述对照阀门相连；其中，所述对照阀门与所述阀门构造相同；

20、所述对照阀门连通所述对照室与所述对照管道；其中，所述对照管道与所述样品出气管道构造相同且所述对照管道的输出口正对所述检验质量模块。进一步的，所述系统还包括气体分析仪；

21、所述气体分析仪的输入端放在所述容器内，用于检测所述容器内的气体组成。

22、本发明另一实施例提供一种材料出气率测量方法，包括以下步骤：

23、将待测样品放置在样品室后，关闭样品室腔门并开启阀门，随后将所述容器内抽为真空环境；

24、确认检验质量模块处于小振幅自由震荡状态后，关闭阀门以使样品室处于密封状态；其中，所述检验质量模块悬空放置在容器内；

25、当所述样品室保持密封状态的时长达到预设时间阈值后，打开阀门，样品室内气体通过样品出气管道放出并碰撞所述检验质量模块；

26、通过角度探测装置对所述检验质量模块进行探测，得到所述检验质量模块的偏转角度，并根据所述偏转角度计算得到所述待测样品的出气率。

27、进一步的，在将待测样品放置在所述样品室之前，还包括：

28、将所述样品出气管道的输出口调节至正对所述玻璃薄片，且所述输出口与所述玻璃薄片的距离小于预设距离阈值。

29、进一步的，在测量样品出气率前，还包括：进行对照试验；其中，所述对照试验具体包括：

30、关闭对照室，并开启对照阀门；

31、待容器抽至真空状态并确认检验质量模块处于小振幅自由震荡状态后，关闭对照阀门以使对照室处于密封状态；

32、当所述对照室保持密封状态的时长达到预设时间阈值后，打开对照阀门，对照室内气体通过样品出气管道放出并碰撞所述检验质量模块；

33、通过角度探测装置对所述检验质量模块进行探测，得到所述检验质量模块的偏转角度，并根据所述偏转角度计算得到所述对照室的本底出气率。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

35、本发明通过封闭样品室累积气体，可以实现对材料一段时间内平均出气率的测量，实现小体积样品的出气率的测量。另外，本发明还设置一组对照室，对样品室本底出气效应进行扣除，提高了测量效率。同时，维持阀门开启还能够对材料连续出气的出气率涨落进行测量。

技术特征：

1.一种材料出气率测量系统，包括容器(1)，其特征在于，还包括：扭摆装置、角度探测装置(5)以及样品放置装置；

2.根据权利要求1所述的一种材料出气率测量系统，其特征在于，所述扭摆装置还包括：真空导引(2)、磁阻尼(3)以及扭丝(4)；

3.根据权利要求1所述的一种材料出气率测量系统，其特征在于，所述角度探测装置(5)包括一自准直仪，所述角度探测装置(5)通过所述自准直仪对所述检验质量模块进行观测。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种材料出气率测量系统，其特征在于，所述检验质量模块包括玻璃薄片(9)、反射镜(10)以及套管(11)；

5.根据权利要求4所述的一种材料出气率测量系统，其特征在于，所述样品放置装置还包括样品室(6)以及阀门(6a)；

6.根据权利要求5所述的一种材料出气率测量系统，其特征在于，所述系统还包括对照装置；

7.根据权利要求1所述的一种材料出气率测量系统，其特征在于，所述系统还包括气体分析仪(12)；

8.一种基于权利要求6所述材料出气率测量系统的材料出气率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种材料出气率测量方法，其特征在于，在将待测样品放置在所述样品室(6)之前，还包括：

10.根据权利要求8所述的一种材料出气率测量方法，其特征在于，在测量样品出气率前，还包括：进行对照试验；其中，所述对照试验具体包括：

技术总结
本发明提供一种材料出气率测量系统，包括容器，还包括：扭摆装置、角度探测装置以及样品放置装置；所述扭摆装置包括检验质量模块，所述检验质量模块悬空放置在所述容器内；所述角度探测装置用于探测所述检验质量模块的偏转角度；所述样品放置装置设在所述容器内，所述样品放置装置包括样品出气管道，所述样品出气管道的输出口正对所述检验质量模块。本发明能够实现对小体积样品的出气率测量，并提高测量效率。

技术研发人员：杨山清,林坚,谭文海,安正杰
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4