一種測量極小氣體流量的方法
2023-06-11 19:50:01
專利名稱：一種測量極小氣體流量的方法
技術領域：
本發明涉及一種測量極小氣體流量的裝置和方法，特別涉及一種利用非蒸散型吸 氣劑泵測量極小氣體流量的裝置和方法。
背景技術：
在計量實驗室中，大多採用高精度氣體微流量計測量和提供已知氣體流量。高精 度氣體微流量計多選用恆壓式氣體微流量計。文獻「馮焱，成永軍，張滌新，等.恆壓式氣體微流量計的性能測試.真空科學與技 術學報25 (3)，2005. 」介紹了當不採用非蒸散型吸氣劑泵抽氣時，器壁放氣引起的測量不確 定度在10_8Pa. m3/s量級為0. 6%，在10_9Pa. m3/s量級為3%。器壁的放氣限制了 10_8Pa. m3/ s量級以下流量的精確測量。恆壓式氣體微流量計的精確測量範圍為(lXlO—8 1X10—4) Pa. m3/s ο
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種測量極小氣體流量的裝 置和方法，完全消除器壁放氣的影響，採用固定流導法測量氣體流量，使得流量值小於 IXlO-8Pa. m3/s的氣體流量能夠精確測量，將流量的測量下限延伸到了 10_13Pa. m3/S量級。本發明提供了一種測量極小氣體流量的裝置，包括氣瓶、微調閥、穩壓室、四個閥 門、吸氣劑泵、分子泵、前級泵、電容薄膜規、磁懸浮轉子規以及小孔，其中氣瓶通過微調閥 與穩壓室連接，小孔與閥門二並聯後一端通過閥門一和穩壓室相連，一端和真空系統相連， 吸氣劑泵通過閥門三和穩壓室相連，前級泵和分子泵串連後通過閥門四和穩壓室連接，電 容薄膜規和磁懸浮轉子規直接連接在穩壓室的器壁上。所述的吸氣劑泵為非蒸散型吸氣劑泵，分子泵為無油渦輪分子泵、前級泵為幹泵， 閥門為超高真空角閥，小孔的分子流流導為10_9m7S數量級，氣瓶內貯存的氣體為高純惰性 氣體。本發明還提供了一種測量極小氣體流量的方法，包括以下步驟(1)打開閥門一、閥門二、閥門四，依次啟動前級泵和分子泵，對穩壓室及連接真空 管道抽氣；(2)對裝置整體進行烘烤除氣，烘烤溫度以勻速率分別升至各自最高點後，保持 60 80h ；(3)在烘烤最高溫度保持期間，打開吸氣劑泵的連接閥門，對吸氣劑泵進行激活， 激活2 4h後停止，關閉吸氣劑泵連接閥門，然後再以勻速率逐漸降至室溫，當溫度恢復至 室溫後，再打開吸氣劑泵連接閥門，繼續抽氣M 48h，直至穩壓室內達到數量級的 極限真空；(4)關閉閥門一、閥門四，此時穩壓室內的壓力開始緩慢上升；(5)待穩壓室內的壓力穩定後，調節微調閥，給穩壓室內充入一定壓力的惰性氣體；通過電容薄膜規11和磁懸浮轉子規12得到氣體的壓力；(6)打開閥門一，關閉閥門二，將穩壓室內的惰性氣體通過小孔引入到真空系統 中；(7)通過氣體的壓力和小孔的流導得到氣體的流量。其中，步驟O)中對裝置整體的最高烘烤溫度為120 150°C，烘烤溫度上升和下 降的勻速率為20 40°C /h。步驟(3)中對吸氣劑泵的激活溫度為450 500°C。本發明與現有技術相比的有益效果是(1)採用吸氣劑泵對穩壓室及其真空管道進行抽氣，完全避免了穩壓室及管道內 壁放氣引起的測量不確定度，保證了測量下限的有效延伸，使得流量值小於IX 10_8Pa. m3/s 的極小氣體流量能夠精確測量。(2)採用固定流導法測量氣體流量，使恆壓式流量計向更小流量的延伸變得簡單、 方便。
圖1是本發明利用非蒸散型吸氣劑泵測量極小氣體流量的裝置結構圖。圖中:1-氣瓶、2-微調閥、4、5、6、8_閥門、3_穩壓室、7-吸氣劑泵、9-分子泵、 10-前級泵、11-電容薄膜規、12-磁懸浮轉子規、13-小孔。
具體實施例方式圖1所示是本發明的一個優選實施方式，包括氣瓶1、微調閥2、穩壓室3、閥門4、 閥門5、閥門6、吸氣劑泵7、閥門8、分子泵9、前級泵10、電容薄膜規11、磁懸浮轉子規12以 及小孔13組成，氣瓶1通過微調閥2與穩壓室3連接，小孔13與閥門5並聯後一端通過閥 門4和穩壓室3相連，一端和真空系統相連，吸氣劑泵7通過閥門6和穩壓室3相連，前級 泵10和分子泵9串連後通過閥門8和穩壓室3連接，電容薄膜規11和磁懸浮轉子規12直 接連接在穩壓室3的器壁上。其中，吸氣劑泵7為非蒸散型吸氣劑泵，分子泵9為無油渦輪分子泵、前級泵10為 幹泵，閥門6為超高真空角閥，小孔13的分子流流導為10_9m7S數量級，氣瓶1內貯存的氣 體為高純惰性氣體。本裝置的測量原理為使用分子泵9、前級泵10和吸氣劑泵7將穩壓室3抽至極 限真空後，使用吸氣劑泵7進行維持，因為吸氣劑泵7對惰性氣體無抽速，可使穩壓室3達 到較高的極限真空度；惰性氣體從氣瓶1流入穩壓室3，通過電容薄膜規11和磁懸浮轉子 規12可以得到氣體的壓力；通過小孔13的流導和氣體的壓力可以得到氣體流量。本實施方式採用的方法為(1)打開閥門一 4、閥門二 5、閥門四8，依次啟動前級泵10和分子泵9，對穩壓室3及連接真空管道抽氣；(2)對裝置整體進行烘烤除氣，烘烤溫度以30°C /h的勻速率分別升至各自最高點 後，保持72h;(3)在烘烤最高溫度保持期間，打開吸氣劑泵7的連接閥門6，對吸氣劑泵7進行激活，激活溫度為500°C，激活池後停止，關閉吸氣劑泵7連接閥門6，然後再以30°C /h的 勻速率逐漸降至室溫，當溫度恢復至室溫後，再打開吸氣劑泵7連接閥門6，繼續抽氣Mh， 此時穩壓室3內的真空度為2X 10_6Pa ；(4)關閉閥門一 4、閥門四8，此時穩壓室3內的壓力開始緩慢上升；(5)待穩壓室3內的壓力穩定後4X10_5Pa，調節微調閥2，給穩壓室3內充 入一定壓力的He，IOmin後達到穩定，用磁懸浮轉子規12測得穩壓室3內的壓力為 6. 4165 X KT4Pa ；(6)打開閥門一 4，關閉閥門二 5，將穩壓室3內的惰性氣體通過小孔13引入到真 空系統中，IOmin後達到動態平衡，則該裝置提供的氣體流量由(1)式計算Q = P0 · CHe............................................(1)式中Q-流量，Pa.m3/s ；P0-穩壓室內的氣體壓力，1 ；Clle-在分子流條件下，小孔13相對於He的流導，m3/S。其中，事先測得CHe 為 1. 38X 10_9m7S。將P0 = 6. 4165 X 10_4Pa，CHe = 1. 38 X lOV/s分別代入式(1)，計算得到流量的測 量值為 8. 855 X KT13Pa. m3/s。
權利要求
1.一種測量極小氣體流量的方法，包括以下步驟(1)打開閥門一(4)、閥門二 (5)、閥門四(8)，依次啟動前級泵(10)和分子泵(9)，對穩 壓室( 及連接真空管道抽氣；(2)對裝置整體進行烘烤除氣，烘烤溫度以勻速率分別升至各自最高點後，保持60 80h ；(3)在烘烤最高溫度保持期間，打開吸氣劑泵(7)的連接閥門(6)，對吸氣劑泵(7)進 行激活，激活2 4h後停止，關閉吸氣劑泵連接閥門，然後再以勻速率逐漸降至室溫，當溫 度恢復至室溫後，再打開吸氣劑泵連接閥門，繼續抽氣M 48h，直至穩壓室(3)內達到 10_6Pa數量級的極限真空；(4)關閉閥門一G)、閥門四(8)，此時穩壓室(3)內的壓力開始緩慢上升；(5)待穩壓室(3)內的壓力穩定後，調節微調閥O)，給穩壓室(3)內充入一定壓力的 惰性氣體；通過電容薄膜規11和磁懸浮轉子規12得到氣體的壓力；(6)打開閥門一(4)，關閉閥門二 (5)，將穩壓室(3)內的惰性氣體通過小孔(13)引入 到真空系統中；(7)通過氣體的壓力和小孔(13)的流導得到氣體的流量。
2.根據權利要求1所述的一種測量極小氣體流量的方法，其特徵在於，步驟(2)中對裝 置整體的最高烘烤溫度為120 150°C，烘烤溫度上升和下降的勻速率為20 40°C /h。
3.根據權利要求1所述的一種測量極小氣體流量的方法，其特徵在於，步驟(3)中對吸 氣劑泵的激活溫度為450 500°C。
全文摘要
本發明涉及一種測量極小氣體流量的方法，包括以下步驟(1)對穩壓室及連接真空管道抽氣；(2)對裝置整體進行烘烤除氣；(3)利用吸氣劑泵使穩壓室內達到10-6Pa數量級的極限真空；(4)控制穩壓室內的壓力緩慢上升；(5)給穩壓室內充入一定壓力的惰性氣體；得到氣體的壓力；(6)將穩壓室內的惰性氣體通過小孔引入到真空系統中；(7)通過氣體的壓力和小孔的流導得到氣體的流量。本發明所述方法可以充分利用「一種測量極小氣體流量的裝置」的特性，完全避免了穩壓室及管道內壁放氣引起的測量不確定度，保證了測量下限的有效延伸，使得流量值小於1×10-8Pa.m3/s的極小氣體流量能夠精確測量。
文檔編號G01F1/34GK102042852SQ20101052309
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者馮焱, 徐婕, 成永軍, 李得天, 郭美如 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所