專利名稱：一種測量極小氣體流量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
在計量實(shí)驗(yàn)室中，大多采用高精度氣體微流量計測量和提供已知?dú)怏w流量。高精 度氣體微流量計多選用恒壓式氣體微流量計。文獻(xiàn)“馮焱，成永軍，張滌新，等.恒壓式氣體微流量計的性能測試.真空科學(xué)與技 術(shù)學(xué)報25 (3)，2005. ”介紹了當(dāng)不采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。恒壓式氣體微流量計的精確測量范圍為(lXlO—8 1X10—4) Pa. m3/s ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)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，采用固定流導(dǎo)法測量氣體流量，使得流量值小于 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(fā)明提供了一種測量極小氣體流量的裝置，包括氣瓶、微調(diào)閥、穩(wěn)壓室、四個閥 門、吸氣劑泵、分子泵、前級泵、電容薄膜規(guī)、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)以及小孔，其中氣瓶通過微調(diào)閥 與穩(wěn)壓室連接，小孔與閥門二并聯(lián)后一端通過閥門一和穩(wěn)壓室相連，一端和真空系統(tǒng)相連， 吸氣劑泵通過閥門三和穩(wěn)壓室相連，前級泵和分子泵串連后通過閥門四和穩(wěn)壓室連接，電 容薄膜規(guī)和磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)直接連接在穩(wěn)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、前級泵為干泵， 閥門為超高真空角閥，小孔的分子流流導(dǎo)為10_9m7S數(shù)量級，氣瓶內(nèi)貯存的氣體為高純惰性 氣體。本發(fā)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(wěn)壓室及連接真空 管道抽氣；(2)對裝置整體進(jìn)行烘烤除氣，烘烤溫度以勻速率分別升至各自最高點(diǎn)后，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(jìn)行激活， 激活2 4h后停止，關(guān)閉吸氣劑泵連接閥門，然后再以勻速率逐漸降至室溫，當(dāng)溫度恢復(fù)至 室溫后，再打開吸氣劑泵連接閥門，繼續(xù)抽氣24 48h，直至穩(wěn)壓室內(nèi)達(dá)到10_6Pa數(shù)量級的 極限真空；(4)關(guān)閉閥門一、閥門四，此時穩(wěn)壓室內(nèi)的壓力開始緩慢上升；(5)待穩(wěn)壓室內(nèi)的壓力穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)微調(diào)閥，給穩(wěn)壓室內(nèi)充入一定壓力的惰性氣體；通過電容薄膜規(guī)11和磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)12得到氣體的壓力；(6)打開閥門一，關(guān)閉閥門二，將穩(wěn)壓室內(nèi)的惰性氣體通過小孔引入到真空系統(tǒng) 中；(7)通過氣體的壓力和小孔的流導(dǎo)得到氣體的流量。其中，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。步驟(3)中對吸氣劑泵的激活溫度為450 500°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)采用吸氣劑泵對穩(wěn)壓室及其真空管道進(jìn)行抽氣，完全避免了穩(wěn)壓室及管道內(nèi) 壁放氣引起的測量不確定度，保證了測量下限的有效延伸，使得流量值小于IX 10_8Pa. m3/s 的極小氣體流量能夠精確測量。(2)采用固定流導(dǎo)法測量氣體流量，使恒壓式流量計向更小流量的延伸變得簡單、 方便。


圖1是本發(fā)明利用非蒸散型吸氣劑泵測量極小氣體流量的裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中氣瓶、2-微調(diào)閥、4、5、6、8_閥門、3_穩(wěn)壓室、7-吸氣劑泵、9-分子泵、 10-前級泵、11-電容薄膜規(guī)、12-磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)、13-小孔。
具體實(shí)施例方式圖1所示是本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式，包括氣瓶1、微調(diào)閥2、穩(wěn)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(guī)11、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)12以 及小孔13組成，氣瓶1通過微調(diào)閥2與穩(wěn)壓室3連接，小孔13與閥門5并聯(lián)后一端通過閥 門4和穩(wěn)壓室3相連，一端和真空系統(tǒng)相連，吸氣劑泵7通過閥門6和穩(wěn)壓室3相連，前級 泵10和分子泵9串連后通過閥門8和穩(wěn)壓室3連接，電容薄膜規(guī)11和磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)12直 接連接在穩(wěn)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 干泵，閥門6為超高真空角閥，小孔13的分子流流導(dǎo)為10_9m7S數(shù)量級，氣瓶1內(nèi)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(wěn)壓室3抽至極 限真空后，使用吸氣劑泵7進(jìn)行維持，因?yàn)槲鼩鈩┍?對惰性氣體無抽速，可使穩(wěn)壓室3達(dá) 到較高的極限真空度；惰性氣體從氣瓶1流入穩(wěn)壓室3，通過電容薄膜規(guī)11和磁懸浮轉(zhuǎn)子 規(guī)12可以得到氣體的壓力；通過小孔13的流導(dǎo)和氣體的壓力可以得到氣體流量。本實(shí)施方式采用的方法為(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(wěn)壓室3
及連接真空管道抽氣；(2)對裝置整體進(jìn)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(diǎn) 后，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(jìn)行激活，激活溫度為500°C，激活2h后停止，關(guān)閉吸氣劑泵7連接閥門6，然后再以30°C /h的 勻速率逐漸降至室溫，當(dāng)溫度恢復(fù)至室溫后，再打開吸氣劑泵7連接閥門6，繼續(xù)抽氣24h， 此時穩(wěn)壓室3內(nèi)的真空度為2X 10_6Pa ；(4)關(guān)閉閥門一 4、閥門四8，此時穩(wěn)壓室3內(nèi)的壓力開始緩慢上升；(5)待穩(wěn)壓室3內(nèi)的壓力穩(wěn)定后4X10_5Pa，調(diào)節(jié)微調(diào)閥2，給穩(wěn)壓室3內(nèi)充 入一定壓力的He，IOmin后達(dá)到穩(wěn)定，用磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)12測得穩(wěn)壓室3內(nèi)的壓力為 6. 4165 X ICT4Pa ；(6)打開閥門一 4，關(guān)閉閥門二 5，將穩(wěn)壓室3內(nèi)的惰性氣體通過小孔13引入到真 空系統(tǒng)中，IOmin后達(dá)到動態(tài)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(wěn)壓室內(nèi)的氣體壓力，Pa ；Cae-在分子流條件下，小孔13相對于He的流導(dǎo)，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 lO-V/s分別代入式(1)，計算得到流量的測 量值為 8. 855 X ICT13Pa · m3/s。
權(quán)利要求
一種測量極小氣體流量的裝置，包括氣瓶(1)、微調(diào)閥(2)、穩(wěn)壓室(3)、四個閥門、吸氣劑泵(7)、分子泵(9)、前級泵(10)、電容薄膜規(guī)(11)、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)(12)以及小孔(13)，其特征在于氣瓶(1)通過微調(diào)閥(2)與穩(wěn)壓室(3)連接，小孔(13)與閥門二(5)并聯(lián)后一端通過閥門一(4)和穩(wěn)壓室(3)相連，一端和真空系統(tǒng)相連，吸氣劑泵(7)通過閥門三(6)和穩(wěn)壓室(3)相連，前級泵(10)和分子泵(9)串連后通過閥門四(8)和穩(wěn)壓室(3)連接，電容薄膜規(guī)(11)和磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)(12)直接連接在穩(wěn)壓室(3)的器壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量極小氣體流量的裝置，其特征在于，所述的吸氣劑泵(7) 為非蒸散型吸氣劑泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量極小氣體流量的裝置，其特征在于，所述的分子泵 (9)為無油渦輪分子泵、前級泵(10)為于泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量極小氣體流量的裝置，其特征在于，所述的閥門三(6)為 超高真空角閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量極小氣體流量的裝置，其特征在于，所述的小孔(13)的 分子流流導(dǎo)為l(T9m7S數(shù)量級。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量極小氣體流量的裝置，其特征在于，所述的氣瓶(1)內(nèi)貯 存的氣體為高純惰性氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量極小氣體流量的裝置，包括氣瓶、微調(diào)閥、穩(wěn)壓室、四個閥門、吸氣劑泵、分子泵、前級泵、電容薄膜規(guī)、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)以及小孔，其中氣瓶通過微調(diào)閥與穩(wěn)壓室連接，小孔與閥門二并聯(lián)后一端通過閥門一和穩(wěn)壓室相連，一端和真空系統(tǒng)相連，吸氣劑泵通過閥門三和穩(wěn)壓室相連，前級泵和分子泵串連后通過閥門四和穩(wěn)壓室連接，電容薄膜規(guī)和磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)直接連接在穩(wěn)壓室的器壁上。本發(fā)明采用吸氣劑泵對穩(wěn)壓室及其真空管道進(jìn)行抽氣，完全避免了穩(wěn)壓室及管道內(nèi)壁放氣引起的測量不確定度，保證了測量下限的有效延伸，使得流量值小于1×10-8Pa.m3/s的極小氣體流量能夠精確測量。
文檔編號G01F1/68GK101995277SQ20101052307
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)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(tuán)公司第五研究院第五一○研究所