真空比對標準裝置性能研究及計量軟件設計
為研究真空比對標準裝置的性能,減少真空計量過程的不確定度。通過實驗對真空比對標準裝置的極限真空度、漏率、動態穩定度和體積膨脹比進行了研究,分析了該裝置的不確定度影響因素。針對標準裝置僅能手動操作、真空規計量過程復雜、人工數據處理繁瑣的情況,基于Labview 8.2開發平臺,依據真空比對校準裝置的基本工作原理和真空規檢定/校準規程規范,開發了真空規檢定/校準程序,覆蓋了各種真空規的檢定/校準,給出一種多個被檢器并行計量的模塊化結構,實現數據的自動處理,原始記錄和證書的批量生成。
近30年來國內外在真空計量方面做了大量工作,真空比對裝置作為工作標準得到廣泛應用。真空比對標準裝置用于真空度測量儀器的檢定/校準,將態比對法、靜態比對法和靜態膨脹法三種方法復合在一套裝置上,以滿足拓寬量程的要求從而對真空規進行檢定/校準。動態比對法是用面密封微調閥將一恒定的氣體流量注入校準室中,當注入的氣體和抽走的氣體達到穩定的動平衡時,用二等標準電離真空計或磁懸浮轉子真空計、被校真空計同時測量校準室中的壓力,然后將所測得結果直接比對。靜態比對法是當系統的本底滿足要求后,關閉閘板閥,用微調閥將所需壓力注入到校準室中,待校準室中的壓力平衡后,用電容規和被校真空計同時測量校準室中的壓力,然后將所測得結果直接比對。靜態膨脹法是基于玻意爾-馬略特定律,克努曾于1910年最早提出膨脹法壓力校準系統的研究。真空計量的自動化是目前真空計量發展的方向,Labview是一種程序開發環境,由美國國家儀器(NI)公司研制開發的,類似于C和BASIC開發環境。近年來,由于Labview的便捷性在真空計量領域得到越來越廣泛的應用。
1、真空比對標準裝置
該裝置原理圖如圖1所示,校準室采用不銹鋼材質的球形容器,球形容器內最容易建立起均勻的分子流場,為了保證參考標準規和被校規面對相同的真空條件,校準室按對稱結構設計,氣體注入點和抽氣口位于校準室的兩個極點。校準室上標準CF35法蘭接口用于接參考標準規和被校規等,它們位于與入口和出口連成的軸線相垂直的同一赤道平面內。
圖1 真空比對標準裝置原理圖
3、結論
實驗結果表明在300℃的溫度下,連續運行15h后開始逐漸降溫,經過4h的降溫到38℃時,測得極限真空度為4.3×10-6Pa。在常溫常壓下,裝置從開機到經過1h后,容器真空度為4.82×10-5 Pa。采用噴吹法檢漏,各CF法蘭接口處漏率均為10-11 Pa·m3/s量級,薄膜規接口處的漏率為2.0×10-10 Pa·m3/s。各實驗點的動態穩定均小于1%;膨脹室體積為0.5ml時,平均體積膨脹比為4.717×10-5;膨脹室體積為5ml時,平均體積膨脹比為3.111×10-4。
該裝置的檢定/校準程序,具有很強的實用性和通用性,特別是針對真空計量中一次檢定多個被檢儀表情況。在基本信息的錄入中可以避免很多人工重復的勞動;在數據處理過程中通過程序實現數據自動運算,自動判定給出結論,并按照一定的模式存儲,從而有效的提高了勞動效率。依托程序框架和其中較通用的模塊,可以較方便擴展到真空等計量專業的自動化檢定/校準中。