第八章2009真空计校准

第八章真空计校准
真空计量器具的检定系统：
第八章真空计校准
真空计量器具的检定系统：
第八章真空计校准
静态膨胀法绝对校准系统： 静态膨胀法压力校准系统是克努曾于1910年 提出的。这种校准系统适合于中、低真空计的 校准，其校准精度较高，应用广泛。 但进入高真空（p＜10-2Pa）后，由于器壁的 吸气与放气十分显著，需要设法减小其影响。 这种校准系统的特点是制作简单，操作方便， 运算迅速简单，检定效率高，并且可以排除水 银蒸汽对人的危害。 膨胀法校准的工作原理是基于波义耳定律，即 在恒定的温度下一定质量的气体压力与其体积 的乘积为一常数。
p
(1)
Vs = p1 V + Vs
p
(n)
Vs =n p1 = np (1) V + Vs
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静态膨胀法绝对校准 系统： 注意事项：
略去了校准室本底压力； 气源室多次采样压力降； 系统表面的吸放气； 温度变化。 应尽量满足条件。
例子：Vs/V=10-4,校 准压力范围10-1-10Pa.
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静态膨胀法绝对校准系统： 注意事项： 膨胀法适用气体：氮气、惰性气体等，要考虑 气体的干燥性、吸附性、活性和泄漏等。 污染：如扩散泵反油的污染和反应等。 扩展量程：多级膨胀。
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动态流导法绝对校准系统： 动态流导法有时也称为动态流量法或小孔 法校准，它是建立在气流连续性原理、分子流 状态和等温条件基础上的。由于是动态校准， 吸气和放气的影响很小。在分子流状态下，流 导是结构几何尺寸的函数，与压力无关。其校 准下限随真空获得和小流量测量水平而延伸。 是目前超高真空和极高真空的切实可行的校准 方法。
qG p= + pb C
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动态流导法绝对校准系统： 原理：
由于系统的有效抽速比小孔流 导大得多，故使得小孔下游的压力 远小于校准室压力。这样小孔下游 压力测量值误差对校准压力的影响 很小。因此，只要根据校准气体流 量qG、小孔流导C和小孔下游压力 pb，就可以计算出校准室压力来。 校准气体的流量由流量计测量。 流量范围为: 10−7 ~ 10−3 Pa m3 s −1 其测量精度可达0.5％，压力校准 范围是: 10 −5 ~ 10 −1 Pa
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稳定性和精度高的真空计，经过校准之后，可 作为次级标准，对工作真空计进行校准，称这 种真空计为副标准真空计。 以绝对真空计为基础，将经过压力衰减后精确 计算出的再生低压力作为标准的真空计校准系 统称为绝对校准系统。
膨胀法校准系统应用静力热平衡，其理论基础为理想气 体玻义耳定律，把U型管压力计校准下限伸至高真空（ 10-4）。 动态流导法校准系统利用动力学平衡，理论基础为理想 条件下分子流流导，可建立真空标准10-10 近年出现利用热力学平衡原理建立真空标准：固态氢的 饱和蒸汽压、氢-金属二元系平衡压力。
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静态膨胀法绝对校准系统 原理：
气源室1中充压力为p1校准气 体，由标准真空计G2量出 。 校准室2抽气至低于校准压力 下限2～3个数量级，略去校准 室的本底压力对校准的影响。 每操作一次传递阀K4，气源 室中的压力为p1、容积为传递 容积Vs的气体输送到校准室 第一次膨胀后校准室压力： 第n次膨胀后校准室压力：
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真空计刻度：是在一定条件下对一定种类的气 体进行的，从而得到校准系数或刻度曲线，借 以确定相对真空计的读数及其大致的测量量程 及精度。气体种类、工作条件、仪器配置等改 变校准曲线也改变，因此，真空计校准是必要 的、定期的。 真空计校准的前提是必须具有标准真空计及其 校准系统，并通过一定的方法进行。目前已建 立大气压至10-10Pa区域的各种标准真空计和校 准系统。 真空计的校准通常包括对相对真空计规管和对 其测量电路的校准，校准时即可二者合一地进 行，也可分别进行，而后者较为理想。
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测量不确定度： 与测量结果关联的一个参数，用于表征合理 赋予被测量的值的分散性。 意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程 度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量 的一个参数。 包括范围和置信概率
END
谢谢大家！
Vacuum measurement and leak detection 真空测量与检漏 之
真空计校准
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概述： 真空计校准的重要性： 真空计校准是真空测量的基础，是研究和发展 真空测量的有力工具。可使已有的相对真空计 统一在可靠的标准之下，也可对发展中的真空 计进行性能研究。 “真空计校准”就是对相对真空计进行“刻度 ”。相对真空计不能直接从测得的物理量中计 算出相应的压力值，因此采用绝对真空计、副 标准真空计或绝对校准系统进行对比校准是必 要的。
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目前真空校准的发展动向是扩展压力校准区间 和提高校准精度。应用的需求促进了真空标准 的发展。超（极）高真空标准的建立主要由于 空间研究需要；100-105Pa标准的重视源于火箭、 导弹要求高精度的粗真空。 真空获得、真空测量和校准三者相互制约又相 互促进。（真空度最高的获得设备多数应用于 校准系统） 真空标准有绝对真空计、标准相对真空计（或 副标准真空计）和绝对校准系统。 所有绝对真空计均可作为真空标准。
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真空计量器具的检定系统：
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真空计量器具的检定系统：
测量不确定度：测量结果关联的一个参数，用于表征合 理赋予被测量的值的分散性。意味着对测量结果可信性 、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结 果的质量的一个参数。范围和置信概率
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真空计量器具的检定系统：
标准规与被校规对称布置， 可同时校准几台电离真空 计。在规管之间加屏蔽网， 以防止各规管之间的相互 干扰。冷阱、被校准的规 管以及球泡和毛细管部分， 均应在校准前加温烘烤除 气。 动态校准时可克服了被校 规管及容器吸放气引起的 压力变化。
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标准压缩式真空计： 采用磨毛毛细管，使毛细管内径更 均匀，消除了毛细管不同长度上水 银压低值的无规则变化，以及水银 在毛细管中运动的异常现象。如跳 动、抓住等现象，也有在此基础上 涂油进一步消除水银不规则运动的 设置两个磨口无脂阀，防止水银蒸 气的抽气效应。 采用无定标法测量。精密测量无法 保证提升位置，高度差用测高仪读 出（0.01，0.005mm）
副标准真空计： 所谓的副标准真空计校准法，实际上就是 利用一种具有高稳定性和高精度性的相对真空 计，使其通过一等真空标准器具的校准后，用 它作为二等真空标准器具，来对一般工作真空 计进行校准。这种校准方法具有校准迅速和校 准压力范围宽等优点。国际上采用的副标准真 空计有热阴极电离真空计和薄膜真空计。 副标准真空计的校准方法采用动态校准系 统，以比对法校准工作计量器具。
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动态流导法绝对校准系统： 注意事项：
一般说来，校准室容积愈大，气体分布越均匀，但要 考虑极限压力的获得和易于除气，一般校准室容积应 为规管容积的20倍以上，并应使容积内表面积/容积 尽可能小，球形结构较圆柱形好。
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绝对真空计校准法： 绝对真空计校准法是以绝对真空计为标 准，将被校准的真空计与绝对真空计进行直 接比较的方法。
qG p= + pb C
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动态流导法绝对校准系统： 二级动态流量校准法：
10−7 ~ 10−3 Pa m3 s −1
ห้องสมุดไป่ตู้
10 −5 ~ 10 −1 Pa
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动态流导法绝对校准系统： 注意事项：
气体流量的准确测量； 薄壁小孔的流动特性及流导的精确计算； 气体分子的非麦克斯韦分布使规管和校准室内压力和 气体成分变化，应保证引入气体先与器壁碰撞一次， 球形室较圆柱状好。 抽气系统抽速远大于小孔流导，排气口附件压力梯度 大，规管不应安放于小孔附近。 电离规的电清除和化学清除直接导致规管内的压力和 气氛变化：裸规或规管流导和小孔流导远大于规管抽 速，这种影响可以忽略。 吸放气的影响不如膨胀法严重，但有定向气流导致气 体不均与分布，应反复除气并在稳定状态下测量。
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标准压缩式真空计： 测量毛细管采用锥形封顶。防止测 量毛细管封顶时破坏顶端已磨毛的 内表面。内顶端位置以∆2修正。 要考虑测量水银压低值修正量∆1。 压低值是指水银不浸润玻璃，毛细 现象使水银柱有所下降。比较管与 测量管压低值不同，或单管测量时 侧管与测量管不同。
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第八章真空计校准
动态流导法绝对校准系统： 原理：
根据气体分子运动论理论，利 用薄壁小孔作标准流导产生已知低 压力的。首先将校准室压力抽至校 准压力下限以下2～3个数量级， 这样计算校准压力时可忽略本底的 影响；校准气体以稳定流量通过针 阀K，由进气管注入校准室。气体 以分子流状态流经一薄壁小孔并被 真空系统抽除。在达到平衡状态时 ，在小孔上方的校准室建立起已知 的低压力P,用来校准真空计G。校 准室的压力可由下式计算