现场真空校准装置性能研究

0 引言

在过去几年中，我国国防工业对真空校准装置的应用需求逐渐上涨，如航天、船舶以及兵器等行业在科学研究过程中均开始逐步应用真空校准装置。随着测量技术参数扩大到真空和量限拓展，真空校准装置应更加注重测量的准确性。高压加速器、大型空间环模设备和集成电路生产单位在使用真空装置的使用过程中，需要确保真空装置处于一个相对平衡的状态。在使用时，由于在复杂的高温、电磁辐射、不平衡的快速变化环境中无法实现测量的准确性，因此确保现场真空校准装置平稳十分关键。文中通过探讨小型化现场真空校准装置的设计及性能研究，将实验室环境的校准过渡到现场在线校准，研究现场真空校准装置极限真空度、抽气及静态压力等，确保现场真空校准装置能够实现更广泛的应用。

1 应用现场真空校准装置的作用分析

随着我国科学技术的不断发展，我国许多行业开始逐渐应用现场真空交校准装置，如我国航天行业航天航空事业发展以及石油化工行业发展过程中开始逐步应用现场成功校准装置，此时，对真空测量技术的发展提出了更高的要求。随着对真空测量技术要求的不断提高，使得我国真空计量校准装置在发展过程中逐渐提高其高精度及高可靠性，为我国空间科学技术事业的不断发展提供相应的支持。传统的真空校准装置相对来讲较为复杂，操作不方便，且准确度相对来讲不精确。在科学技术发展的今天，通过提高真空校准技术的准确性，加强真空校准装置的不断创新及发展，使装置更为精密，校准结果更为准确。文中通过静态对比法以及动态对比反法的标准原理对现场真空校准装置进行设计，同时对性能进行分析，通过设计不同成量的电容薄膜，解决了当前在真空测量过程中出现的精度偏差问题，提高操作的简便性，同时能够提高效结果的准确性，提升其自动化的程度，实现校准的高覆盖。随着现场真空校准装置的应用及设计，能够更好的提高真空校准装置的准确性，同时实现真空校准应用范围的拓宽。

2 现场真空校准装置组成及工作原理

2.1 现场真空校准装置组成

现场真空校准装置包括校准室、降压系统、供暖系统和抽水系统。现场真空校准装置的重量轻、体积小、性能高，KF接口主要用于现场真空校准装置中，能够提高拆卸和装配的便利性。根据现场真空校准装置的校准方法和校准范围，按照图1所示的逻辑运行系统，对现场真空校准装置中的各个系统进行组合，现场真空校准装置如图1所示[1]。

图1 现场真空校准装置原理

2.2 校准方法

使用流量计对所需气体的流量进行测量。流量计在使用过程中有一定的要求，如无法在复杂的环境下进行操作，突出了流量计的使用对于工作环境有着特定的要求。因此，文中在测量校准过程中，通过使用压力缓减法替代流量计的使用，能够更好的满足提供真空校准装置所需要的气体流量。在上游室中充入压力已知的气体，通过20 m或23 m大小的小型激光孔将气体注入校准室。电容薄膜真空计测量（分别为10-8、10-6 m3/s和10－2 m3/s）和7个导管的限量流孔径测量出的额定流速的平衡压力。压力减压校准范围在10-5～10-2 Pa，在10-5～105 Pa的范围内，动态或静态真空校准可通过使用悬浮磁性转子真空（振动情况下临界电离真空）和不同测量尺度的高精度电容薄膜真空计作为标准真空测量校准操作所使用的装置[2]。

3 计量特性及测量不确定度评定

3.1 测量不确定度评定

根据测量不确定性的传导速度及其评估方法，需要对标准真空校准测量的不确定性能否可用于降低现场真空校准装置压力的实际情况进行探讨。首先，现场真空校准装置使用的过程中，装置的测量过程中分成不同类型的各项独立操作，在操作的过程中需要确定测量引入标准的不确定性。而在文中实验过程中，运用现场真空校准测量装置进行测量时，测量不确定度的评定系数为0.18%。其次，在测量过程中需要对气体流量的压力点进行测试。通常来讲，压力点的下流导测量时间为720 s，在测量过程中出现的误差仅为1 μs。此时，在这种情况下，测量的不确定度将会下降由0.18%降至0.14%。而在使用电容薄膜真空计在测量对压力点进行测量的过程中，通过观察校准结果，可得其标准不确定度为0.40%。通常，不同分量部分回存在独立性和不一致性。因此，通过电导测量，得出的测量结果为不确定性度为0.85%、0.85%和0.87%。

3.2 测量不确定度

为核查现场真空校准装置测量的不确定性，使用磁性悬浮真空计和两个电容薄膜真空计用作传输标准，用于校准和比较现场真空校准装置测量在实地测量的结果[3]。

3.3 校准实验

利用现场真空校准装置，分别对BA真空计IE414、Pirani PSG500真空计和CDG025D缩合薄膜真空计进行了校准。发现利用现场真空校准装置，校准结果表现出了对气体类型的依赖性，即在校准过程中根据气体类型的不同会出现不同的校准结果，导致在实际测量过程中会影响校准结果的准确性。

4 结束语

文中探讨利用动态静态比较法以及压力衰减法对真空装置进行测量与校准，简单探讨了现场真空校准装置的性能。在真空校准实验后，对使用动态流量法以及真空计量装置对气体进行校准与测量的结果进行比较，发现利用现场真空校准装置能够满足现场真空校准的需要。