一種極小真空漏率測量裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量領域，涉及極小真空漏率測量技術，尤其涉及采用靜態(tài)累計法實 現(xiàn)對極小真空漏率精確測量的裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 在計量實驗室中，大多采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恒壓式氣體微流量計和固定流導法氣體微流量計，其測量范圍為 (I X 10 9~I X 10 4) Pa ·Π !3/8。在采用動態(tài)流量法校準時，由于受氣體微流量計管道內(nèi)壁放 氣效應的影響，流量的測量下限僅為I X 10 9Pa ·πι3/8,因此用已有氣體微流量計無法實現(xiàn)對 極小真空漏率的校準。
[0003] 文獻"李得天，李正海，郭美如，等.超高/極高真空校準裝置的研制.真空科學與 技術學報26 (2)，2007. "介紹了目前校準極高真空規(guī)采用的一種新方法-分流法。分流法 是將恒壓式氣體微流量計或固定流導法氣體微流量計提供的已知流量氣體注入到分流室， 再通過分流室上兩個流導相差很大的小孔將氣體流量分流到極高真空校準室和超高真空 校準室，這樣很少部分流量流入極高真空校準室，絕大部分流量流入超高真空校準室，從而 延伸了校準下限。
[0004] 無論是分流法還是動態(tài)流量法，都需要測量分流室上兩個小孔的流導比，流導比 的測量會引起較大的測量不確定度。而且在真空漏率極小的情況下，質(zhì)譜計無法從本底離 子流中區(qū)分出被校準離子流，也會導致測量不確定度較大，甚至無法完成測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種極小真空漏率測量裝置及方法，避免測量流導比，適 用于對極小真空漏率的測量與校準，從而延伸了極小真空漏率測量與校準下限，為實現(xiàn)對 小于IX 10 9Pa · m3/s極小真空漏率的精確測量與校準提供了基礎。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 一種極小真空漏率測量方法，包括：
[0008] 步驟一、維持校準室壓力至本底壓力，測量校準室的本底離子流，進而計算獲得本 底離子流的上升率R。；
[0009] 步驟二、將被校真空標準漏孔流量引入校準室，進行靜態(tài)累積，在累積過程中測量 校準室當前離子流，即含被校真空標準漏孔和本底的離子流；利用本步驟測量得到的離子 流數(shù)據(jù)計算獲得含被校真空標準漏孔和本底的離子流的上升率I;
[0010] 步驟三、向校準室通入已知流量Qs的標準流量，進行靜態(tài)累積，在累積過程中測量 校準室當前離子流，即含標準流量和本底的離子流；利用本步驟測量得到的離子流數(shù)據(jù)計 算獲得含標準流量和本底的離子流的上升率R s;
[0011] 步驟四、由（1)式計算被校真空標準漏孔的漏率
[0012]
(1).〇;
[0013] 該方法所采用的檢測裝置中，流量計通過第一閥門與校準室相連，極高真空抽氣 機組通過第四閥門與校準室相連，被校真空標準漏孔通過第二閥門與校準室相連，非蒸散 型吸氣劑栗通過第三閥門與校準室相連，質(zhì)譜計與校準室相連，壓力計與校準室相連；
[0014] 所述步驟一具體包括子步驟11~14 :
[0015] 子步驟11、打開第四閥門，其他閥門關閉；啟動極高真空抽氣機組，開始對校準室 進行抽氣，在抽氣過程中對該檢測裝置整體進行烘烤除氣；用壓力計進行真空度測量，直到 抽氣使校準室達到本底壓力，停止烘烤；
[0016] 子步驟12、打開質(zhì)譜計，調(diào)整其參數(shù)使其處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)；
[0017] 子步驟13、打開第三閥門，利用非蒸散型吸氣劑栗對校準裝置抽氣，維持校準室的 本底壓力；此時，第四閥門不關閉，極高真空抽氣機組聯(lián)合非蒸散型吸氣劑栗一起實現(xiàn)本底 壓力的保持；
[0018] 子步驟14、關閉第三閥門和第四閥門，用質(zhì)譜計測量校準室的當前離子流，即為本 底壓力對應的離子流，利用本底壓力對應的離子流數(shù)據(jù)計算本底壓力離子流的上升率R。；
[0019] 所述步驟二具體為：打開第二閥門和第四閥門，將被校真空標準漏孔流出的氣體 引入校準室中；當質(zhì)譜計的示值穩(wěn)定后，關閉第四閥門進行靜態(tài)累積，在累積過程中用質(zhì)譜 計測量校準室的當前離子流，即含被校真空標準漏孔和本底的離子流，經(jīng)一段時間，用測量 得到的離子流數(shù)據(jù)計算獲得含被校真空標準漏孔和本底的離子流的上升率Ru
[0020] 所述步驟三具體為：關閉第二閥門，打開第四閥門和第一閥門，經(jīng)流量計流入校準 室中已知流量Qs的標準流量，流量計提供的極小氣體流量小于10 1VVs數(shù)量級，流量穩(wěn)定 后關閉第四閥門進行靜態(tài)累積，在累積過程中用質(zhì)譜計測量校準室的當前離子流，即含標 準流量和本底的離子流，經(jīng)一段時間，用測量得到的離子流數(shù)據(jù)計算獲得含標準流量和本 底的離子流的上升率R s。
[0021] 本發(fā)明還提供了一種極小真空漏率測量裝置，包括流量計、第一閥門、質(zhì)譜計、壓 力計、校準室、第二閥門、被校真空標準漏孔、第三閥門、非蒸散型吸氣劑栗、第四閥門和極 高真空抽氣機組；
[0022] 流量計通過第一閥門與校準室相連，為校準室內(nèi)提供已知氣體流量；極高真空抽 氣機組通過第四閥門與校準室相連，用于從校準室抽出氣體；被校真空標準漏孔通過第二 閥門與校準室相連；非蒸散型吸氣劑栗通過第三閥門與校準室相連，用于在維持本底壓力 時進行持續(xù)抽氣；質(zhì)譜計與校準室相連進行離子流測量；壓力計與校準室相連進行真空度 監(jiān)測。
[0023] 有益效果：
[0024] (1)本發(fā)明不需要測量分流室上兩個小孔的流導比，通過離子流上升率之比等于 流量之比的關系，進而通過離子流上升率的測量和計算，結合標準流量的使用，實現(xiàn)對被校 真空標準漏孔的漏率測量與校準，避免測量流導比帶來的測量不確定度較大的問題，從而 延伸了極小真空漏率測量與校準下限，適用于對極小真空漏率的測量與校準，為實現(xiàn)在小 于I X 10 9Pa · m3/s流量區(qū)間內(nèi)對極小真空漏率的精確測量與校準提供了基礎。
[0025] (2)本發(fā)明在校準室增加非蒸散型吸氣劑栗后，采用惰性氣體作為校準氣體時，非 蒸散型吸氣劑栗可有效消除了真空管道和校準室內(nèi)壁放氣效應的影響，在校準室中維持低 的壓力，使得本底離子流上升率穩(wěn)定在較小值，為通過上述比值進行流量計算提供了基礎。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明極小真空漏率測量裝置的結構圖。
[0027] 圖中：1 一流量計、2 -第一閥門、3 -質(zhì)譜計、4 一壓力計、5 -校準室、6 -第二閥 門、7 -被校真空標準漏孔、8-第三閥門、9 一非蒸散型吸氣劑栗、10-第四閥門、11 一極高 真空抽氣機組。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0029] 本發(fā)明思路是：考慮到很難從本底中識別出被校漏孔的離子流，本發(fā)明另辟蹊徑， 轉而利用離子流上升率進行處理。具體來說，通過烘烤和持續(xù)抽氣維持本底壓力，使得本底 離子流的上升率很小，且基本是一個定值，便于測量。而且考慮到被校漏孔和本底的離子流 上升率的數(shù)量級相差很大，因此可以通過測量獲得含本底與被校漏孔的離子流上升率，將 該數(shù)據(jù)減去已知的本底離子流上升率這個定值，就可以獲得被校漏孔的離子流上升率。
[0030] 進一步，再利用標準流量進行相應的測量和減除操作，可以獲得標準流量的離子 流上升率；
[0031] 最后利用被校漏孔與標準流量的離子流上升率比值等于流量比值的原理，可以計 算出被校漏孔的流量，最終從而實現(xiàn)了極小真空漏率的測量與校準。
[0032] 基于上述思路，本發(fā)明提供的極小真空漏率測量方法包括如下四個步驟：
[0033] 步驟一、維持校準室壓力至本底壓力，測量校準室的本底離子流，進而計算獲得本 底離子流的上升率R。；
[0034] 步驟二、將被校真空標準漏孔流量引入校準室，進行靜態(tài)累積，在累積過程中測量 校準室當前離子流，即含被校真空標準漏孔和本底的離子流；利用本步驟測量得到的離子 流數(shù)據(jù)計算獲得含被校真空標準漏孔和本底的離子流的上升率I;
[0035] 步驟三、向校準室通入已知流量Qs的標準流量，進行靜態(tài)累積，在累積過程中測量 校準室當前離子流，即含標準流量和本底的離子流；利用本步驟測量得到的離子流數(shù)據(jù)計 算獲得含標準流量和本底的離子流的上升率R s;
[0036] 步驟四、由（1)式計算被校真空標準漏孔的漏率
[0037]
；(!)：〇
[0038] 本發(fā)明還提供了一種上述方法的實現(xiàn)裝置，如圖1所示，該裝置包括流量計1、第 一閥門2、質(zhì)譜計3、壓力計4、校準室5、第二閥門6、被校真空標準漏孔7、第三閥門8、非蒸 散型吸氣劑栗9、第四閥門10和極高真空抽氣機組11。流量計1通過第一閥門2與校準 室5相連為校準室內(nèi)提供已知氣體流量；極高真空抽氣機組11通過第四閥門10與校準室 5相連用于從校準室5抽出氣體；被校真空標準漏孔7通過第二閥門6與校準室5相連；非 蒸散型吸氣劑栗9通過第三閥門8與校準室5相連用于對校準室5進行持續(xù)抽氣，利用非 蒸散型吸氣劑栗9對活性氣體抽速比較大，而極高真空狀態(tài)下影響真空度的主要是活性氣 體，因此采用非蒸散型吸氣劑栗9作為維持栗進行抽氣，能夠維持較低本底離子流；質(zhì)譜計 3與校準室5相連進行離子流測量；壓力計4與校準室5相連進行真空度監(jiān)測。
[0039] 其中，第一閥門2、第二閥門6、第三閥門8、第四閥門10均為全金屬超高真空閥，流