一种基于静态累积衰减比较法的正压漏孔校准装置及方法

摘要

本发明提供一种基于静态累积衰减比较法的正压漏孔校准装置及方法，该校准装置及方法能够实现对正压漏孔的校准，且校准范围较宽、满足多种示漏气体的校准。该装置主要由抽气系统、氦质谱检漏仪和两套取样系统组成；取样系统包括压力计、集气室、截止阀、截止阀II、截止阀III、取样室及毛细管；连接关系为：压力计与集气室相连，集气室通过截止阀I与取样室的进气口相连，取样室的出气口依次通过截止阀II、毛细管及截止阀III与氦质谱检漏仪相连；抽气系统主要由抽气泵、截止阀A和截止阀B组成；抽气泵通过截止阀A与其中一套取样系统的取样室相连，抽气泵通过截止阀B与另一套取样系统的取样室相连。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于静态累积衰减比较法的正压漏孔校准装置及方法，属 于测量技术领域。

背景技术

在文献“恒压式正压漏孔校准装置的设计，《真空科学与技术学报》，2007 年第5期，第442页～446页”中，介绍了一种采用恒压法校准正压漏孔的方法， 该方法为将正压漏孔流出的示漏气体直接引入恒压法正压漏孔校准装置的变容 室中，改变活塞的位移使得变容室的容积增加而保证变容室内压力不变的原理， 实现正压漏孔的校准。

这种方法的不足之处在于校准时，校准装置复杂，校准装置需要抽气系统、 校准系统、测控系统，校准装置技术含量高、价格昂贵，对研究人员及操作人 员要求较高。其次，仅能采用恒压法校准正压漏孔，恒压法校准范围窄。再次， 一次只能校准一台正压漏孔，不能用于开展大批量的校准工作，校准效率低。

因此，需要设计一种操作简单，成本低；能够用于不同量级、多种示漏气 体的被校正压漏孔校准装置，延伸校准范围；可实现同步对多台正压漏孔进行 校准，提高校准效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，设计一种基于静态累积 衰减比较法的正压漏孔校准装置及方法，该校准装置及方法能够实现对正压漏 孔的校准，且校准范围较宽、满足多种示漏气体的校准。

本发明的技术解决方案是：

一种基于静态累积衰减比较法的正压漏孔校准装置，主要由抽气系统、氦 质谱检漏仪和两套取样系统组成；其中

所述取样系统包括压力计、集气室、截止阀、截止阀II、截止阀III、取样 室及毛细管；连接关系为：压力计与集气室相连，集气室通过截止阀I与取样室 的进气口相连，取样室的出气口依次通过截止阀II、毛细管及截止阀III与氦质 谱检漏仪相连；

所述抽气系统主要由抽气泵、截止阀A和截止阀B组成；抽气泵通过截止 阀A与其中一套取样系统的取样室相连，抽气泵通过截止阀B与另一套取样系 统的取样室相连。

进一步地，本发明集气室(2、11)的结构及几何尺寸完全相同，其上安装 有可拆卸的法兰，能够将标准正压漏孔(3)及被校正压漏孔(12)放入，同时 具有与标准正压漏孔(3)及被校正压漏孔(12)漏率相适应的累积容积。

进一步地，本发明取样室(5、14)的容积的结构及几何尺寸完全相同，与 集气室(2、11)容积相比应尽可能小，不大于1％，以保证毛细管中流动的气 体尽快在氦质谱检漏仪(20)中达到稳定状态。

进一步地，本发明毛细管(16、17)的内径尽可能的小，不大于1mm；长 度应尽可能长，不小于500mm，以满足校准要求。

一种基于静态累积衰减比较法的正压漏孔校准装置的校准方法，在校准开 始前令校准装置上的各截止阀处于关闭状态，具体过程为：

S01，分别打开两套取样系统上的截止阀III，利用氦质谱检漏仪对两毛细管 抽气；

S02，打开抽气泵、截止阀A和截止阀B，打开两套取样系统上的截止阀I 和截止阀II，使抽气泵对两套取样系统上的取样室、集气室、毛细管抽气至本 底；

S03，关闭两套取样系统上截止阀I和截止阀II，关闭截止阀A和截止阀B， 分别将当地空气引入两台集气室内，然后封闭两台集气室；打开两套取样系统 上的截止阀I，将两台集气室中的空气分别引入两取样室；直至两压力计的读数 平衡后，关闭两截止阀I；然后打开其中一截止阀II，用氦质谱检漏仪测量取样 室引入的氦气的本底信号I₀；

S04，分别打开两截止阀II、截止阀A和截止阀B，利用抽气泵对两取样室 和两毛细管抽气至本底；

S05，将标准正压漏孔和被校正压漏孔分别放入两台集气室内；

S06，封闭两台集气室，标准正压漏孔和被校正压漏孔流出的示漏气体分别 在集气室内同时开始累积，设定累积结束时刻t₁；

S07，两台正压漏孔流出的示漏气体在两集气室内累积到结束时刻t₁后，打 开两截止阀I，将两集气室中的气体，分别引入两取样室，观察至两压力计的读 数平衡后，关闭两截止阀I；

S08，关闭被校正压漏孔所处的取样系统上的截止阀III，打开标准正压漏孔 所处的取样系统上的截止阀II，用氦质谱检漏仪测量取样室引入的氦气的信号 I_S，再打开截止阀A对取样室及毛细管抽气至本底；

S09，关闭标准正压漏孔所处的取样系统上的截止阀II和截止阀III和截止 阀A；打开被校正压漏孔所处取样系统上的截止阀II和截止阀III，用氦质谱检 漏仪测量取样室引入的氦气的信号I_L；

S10，计算被校正压漏孔的漏率其中Q_S为标准正压漏孔 的漏率，利用所述漏率对被校正压漏孔进行校准。

进一步地，本发明标准正压漏孔(3)及被校正压漏孔(12)的漏率相同或 相近，同时类型相同，从而避免由于标准正压漏孔(3)及被校正压漏孔(12) 所占体积不同而影响测量的准确性，减小测量不确定度。

有益效果

第一、本发明校准装置对标准正压漏孔和被校正压漏孔分别进行取样，然 后通过氦质谱检漏仪，比较取样衰减后的信号，得到被校正压漏孔的漏率值实 现校准；利用该装置进行校准时，校准方法简单易行，成本低。

第二、本发明需要校准不同类型、不同量级的漏孔时，只需要将标准正压 漏孔选取为与被校正压漏孔的类型相同即可，因此该装置能够用于不同量级、 多种示漏气体的被校正压漏孔校准，延伸了校准范围；可实现同步对多台正压 漏孔进行校准，提高了校准效率。

附图说明

图1为本发明基于静态累积衰减比较法的正压漏孔校准装置的结构设计原 理示意图。

图中：1、10-压力计，3-标准正压漏孔，2、11-集气室，4、13-截止阀I，6、 15-截止阀II，18、19-截止阀III，7-截止阀A，9-截止阀B，5、14-取样室，8- 抽气泵，12-被校正压漏孔，16、17-毛细管，20-氦质谱检漏仪。

具体实施方式

如图1所示，本发明设计的一种基于静态累积衰减比较法正压漏孔校准装 置，主要由抽气系统、质谱检漏仪20和两套取样系统组成；其中

两套取样系统完全相同，取样系统包括压力计1、10，集气室2、11，截止 阀I4、13、截止阀II6、15、截止阀III18、19，取样室5、14及毛细管16、17； 连接关系为：压力计1、10与集气室2、11相连，集气室2、11通过截止阀I4、 13与取样室5、14的进气口相连，取样室5、14的出气口依次通过截止阀II6、 15、毛细管16、17及截止阀III18、19与氦质谱检漏仪20相连；

抽气系统主要由抽气泵8、截止阀A7和截止阀B9组成；连接关系为：抽 气泵8通过截止阀A7与其中一套取样系统的取样室5相连，抽气泵8通过截止 阀B9与另一套取样系统的取样室14相连。

本发明压力计1、10分别用于检测集气室2、11中气体的压力；标准正压漏 孔3用于获得标准正压流量；集气室2、11由两路组成，主要用于收集标准正压 漏孔3及被校正压漏孔12的累积气体；截止阀I4、13、截止阀II6、15、截止阀 III18、19、截止阀A7和截止阀B9，主要用于隔断各系统及容器；取样室5、14 主要用于将标准正压漏孔3及被校正压漏孔12中流入到集气室2、11中的累积 气体取样，保证取样的气体成分比例不变，与集气室2、11中的相同；抽气泵8 主要用于抽气，抽气管路由两路组成，第一路主要通过打开截止阀I4、截止阀 A7、截止阀II6向取样室5、集气室2及毛细管16抽气，第二路主要通过打开 截止阀I13、截止阀A9、截止阀II15向取样室14、集气室11及毛细管17抽气； 毛细管16、17主要用于对取样室中气体压力进行衰减，以满足氦质谱检漏仪20 的正常工作要求，同时保持流入氦质谱检漏仪20中的气体成分比例不变；氦质 谱检漏仪20主要用于测量标准正压漏孔3及被校正压漏孔12中提供的示漏气体 的漏率。

本发明校准装置上的所有管道、截止阀、集气室等采用的材料均为不锈钢。

一种基于静态累积衰减比较法的正压漏孔校准装置的校准方法，

校准原理为：在利用本发明校准装置对被校正压漏孔进行校准时，分别将 标准正压漏孔与被校正压漏孔放置于两取样系统的集气室中，利用标准正压漏 孔与被校正压漏孔在两台相同集气室中进行静态累积，累积一段时间待集气室 中气体稳定后，分别同时进行取样，然后将取样室通过毛细管与氦质谱检漏仪 连接，通过氦质谱检漏仪，比较取样衰减后的信号，得到被校正压漏孔的漏率 值；利用该装置进行校准时，校准方法简单易行，成本低；且该装置能够用于 不同量级、多种示漏气体的被校正压漏孔校准，延伸了校准范围；可实现同步 对多台正压漏孔进行校准，提高了校准效率。

该方法的具体过程为：

S01，打开氦质谱检漏仪20，进行预热；然后分别打开截止阀III18、19，利 用氦质谱检漏仪20对毛细管16、17抽气。

S02，打开抽气泵8，截止阀I4、截止阀A7、截止阀II6对取样室5、集气 室2、毛细管16抽气至本底；同时打开截止阀I13、截止阀B9、截止阀II15对 取样室14、集气室11、毛细管17抽气至本底，分别用压力计1、10检测集气室 2、11中的压力。

S03，关闭两套取样系统上截止阀I4、13和截止阀II6、15，关闭截止阀A7 和截止阀B9，分别将当地空气引入两台集气室2、11内，然后封闭两台集气室 2、11；打开截止阀I4、13，将集气室2、11中的空气分别引入两取样室5、14， 观察两压力计1、10直至其读数平衡后，关闭两截止阀I4、13；然后打开其中 一截止阀II6或15，用氦质谱检漏仪20测量任意一路取样室引入的氦气的本底 信号I₀，本实施例中测量的I₀为1.10×10^-7Pa·m³/s。

S04，分别打开截止阀II6和截止阀A7对取样室5及毛细管16抽气至本底； 同时打开截止阀II15和截止阀B9对取样室14及毛细管17抽气至本底。

S05，将标准正压漏孔3和被校正压漏孔12分别放入两台集气室2、11内， 其中标准正压漏孔位于集气室2中，被校正压漏孔12位于集气室11中；其中， 所述标准正压漏孔3及被校正压漏孔12为同一类型，标准正压漏孔3的漏率Q_S为4.64×10^-6Pa·m³/s。

S06，封闭两台集气室2、11，标准正压漏孔3和被校正压漏孔12流出的示 漏气体分别在集气室2、11内同时开始累积，记录开始时刻t₀为10:00:00，及结 束时刻t₁为12:00:00。累积时间为120min。

S07，两台正压漏孔流出的示漏气体在两集气室2、11内累积到结束时间 12:00:00后，打开两截止阀I4、13，将两集气室2、11中的气体，分别引入两取 样室5、14，观察两压力计1、10的读数平衡后，关闭两截止阀I4、13。

S08，关闭截止阀III19，打开截止阀II6，用氦质谱检漏仪20测量取样室5 引入的氦气的信号I_S，本实施例中测量的I_S为2.35×10^-6Pa·m³/s。打开截止阀 A7对取样室5及毛细管16抽气至本底。

S09，关闭截止阀II6、截止阀A7、截止阀III18，打开截止阀II15和截止阀 III19，用氦质谱检漏仪20测量取样室14引入的氦气的信号I_L，本实施例中测 量的I_L为2.55×10^-6Pa·m³/s。

S10，计算被校正压漏孔的漏率为：。

$Q_L=Q_S\frac{I_L-I_0}{I_S-I_0}---\left(1\right)$

式1中：

Q_L—被校正压漏孔的漏率，Pa·m³/s；

Q_s—标准正压漏孔的漏率，Pa·m³/s；

I_s—标准正压漏孔在氦质谱检漏仪对应的信号，Pa·m³/s；

I_L—被校正压漏孔在氦质谱检漏仪对应的信号，Pa·m³/s；

I₀—本底在氦质谱检漏仪对应的信号，Pa·m³/s；

最后计算得到，则被校正压漏孔的漏率为5.05×10^-6Pa·m³/s。

根据计算出的被校正压漏孔的漏率，对被校正压漏孔进行校准。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。