石英晶体微量天平准确性验证试验系统

摘要

本发明涉及一种石英晶体微量天平测量准确性试验装置，包括放气室原位实时称重系统、放气物余弦定量散射系统、角系数检验系统；放气室原位实时称重系统实现放气物质量变化的实时测量，其测量值通过标定的电子天平追溯到国家质量计量基准；放气物余弦定量散射系统通过定量散射方法将10

说明书

技术领域

本发明涉及一种石英晶体微量天平准确性验证试验系统，属于材料放气污染测试技术领域。

背景技术

在航天器生产过程中，石英晶体微量天平污染测试是测定航天器研制环境污染状况的主要手段。石英晶体微量天平已经应用到航天器研制的各个阶段，在航天器部件研制试验阶段、航天器总装测试阶段、航天器热试验和力学试验阶段都应用了石英晶体微量天平测量环境的污染状况，据此提出了有效的污染控制措施，保证了航天器的研制符合污染控制的要求。

但是目前国内缺乏石英晶体微量天平的检定和校准试验装置和检定规范，石英晶体微量天平的测量准确程度无法追溯到国家的计量检定体系，使得石英晶体微量天平的测量结果的可信度受到影响。已不能满足航天器长寿命、高可靠的需求。目前国内还没有相关的厂家进行这方面的研究和研制。而在国外，美国Lockheed Palo Alto Research Laboratories研制了商用石英晶体微量天平的准确性分析试验装置，它是根据水的热力学特性，采用水的饱和蒸汽压参数，获得水的在某个环境下的蒸发速率；根据分子真空下散射和传输理论，获得到达石英晶体微量天平表面的质量速率。这些石英晶体微量天平被控制在液氮温度。到达天平表面的水分子基本上被完全吸收。石英晶体微量天平的测量准确性被追溯到水在某个环境下的蒸发速率的准确性。由于水的蒸发速率受环境的多重因素影响，特别是导热速率的不稳定严重影响了水的蒸发速率的准确性，使得国外的这套准确性分析试验装置无法实现较高的准确性，测量不确定度大于80％。

为此，研制一种高准确性的石英晶体微量天平准确性验证试验系统非常必要。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种具有更高准确性的，能够追溯到国家质量计量基准的石英晶体微量天平测量准确性试验系统。

本发明的技术方案如下：石英晶体微量天平测量准确性试验系统，包括放气室原位实时称重系统、放气物余弦定量散射系统、角系数检验系统；放气室原位实时称重系统实现放气物质量变化的实时测量，其测量值通过标定的电子天平追溯到国家质量计量基准；放气物余弦定量散射系统通过定量散射方法将10^-4g数量级的定量质量传递到石英晶体微量天平表面上的10^-7g/cm²数量级的定量质量面密度，实现了石英晶体微量天平的定量加载，其加载量测量准确性可追溯到上级和国家计量系统的质量基准；角系数检验系统，用于验证散射系统角系数的准确性，保证整个质量传递过程的受控。

上述系统中，放气室原位实时称重系统包括经过标定的电子天平、电子天平加卸载装置、放气室、放气室温度控制装置。经过标定的电子天平直接实时对放气室进行称重，电子天平加载卸载装置实现经过标定的电子天平的复零保证称重的准确性。放气室温度控制装置对放气室进行非接触的温度控制，放气室的质量值被传递到放气物的质量值，实现了质量值传递。

上述系统中，放气物余弦定量散射系统包括放气物、散射装置、沉积表面。放气物释放的气体通过散射系统，到达沉积表面。放气室原位实时称重系统中的放气室对放气物的放气速率进行的质量量值传递，散射装置将质量值转换成沉积表面上的质量面密度值。质量面密度值的准确性可向上追溯到国家质量计量基准。

上述系统中，角系数检验系统包括经过标定的电子天平、电子天平加卸载装置、沉积量检验板。经过标定的电子天平直接实时对沉积量检验板进行称重，电子天平加载卸载装置实现经过标定的电子天平的复零保证称重的准确性。沉积量检验板接受与放气物余弦定量散射系统中的沉积表面相同的质量面密度的沉积，这个质量面密度由电子天平质量称重，从而实现对散射系统准确验证。通过增加放气物量使得沉积量检验板沉积量大于10^-4g，符合经过标定的电子天平的称重范围要求。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明的质量传递过程完全受控，放气室原位实时称重系统将国家质量基准的准确性传递到放气速率准确性，放气物余弦定量散射系统和角系数检验系统将放气速率的准确性传递到石英晶体微量天平的测量值。

(2)本发明的试验精度高，不确定度优于40％，采用放气物的真空下实时的直接称重，实现了放气速率的准确测量。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的放气室原位实时称重系统框图；

图3为本发明的放气物余弦定量散射系统框图；

图4为本发明的角系数检验系统框图；

图5为本发明的试验流程。

具体实施方式

如图1所示，石英晶体微量天平测量准确性试验系统的放气室原位实时称重系统1为放气物余弦定量散射系统2提供放气物的放气速率的定量值，该定量值的准确性可追溯到国家质量计量基准，放气物余弦定量散射系统2将10^-4g质量值转换成10^-7g/cm²质量面密度值，并提供给被测石英晶体微量天平4，实现石英晶体微量天平表面定量质量加载；角系数检验系统3检验放气物余弦定量散射系统2中质量值转换成质量面密度值的准确性，这个准确性可追溯到国家质量计量基准。

如图2所示，本发明的放气室原位实时称重系统1包括经过标定的电子天平11、电子天平加卸载装置12、放气室13、放气室温度控制装置14。经过标定的电子天平11直接实时对放气室13进行称重，电子天平加载卸载装置12实现经过标定的电子天平11的复零保证称重的准确性。放气室温度控制装置14对放气室13进行非接触的温度控制，放气室13的质量值被传递到放气物21的质量值，实现了质量值传递。

如图3所示，本发明的放气物余弦定量散射系统2包括放气物21、散射装置22、沉积表面23。放气物21释放的气体通过散射装置22，到达沉积表面23。放气室原位实时称重系统1中的放气室13对放气物21的放气速率进行的质量量值传递，散射装置22将质量值转换成沉积表面23上的质量面密度值。质量面密度值的准确性可向上追溯到国家质量计量基准。

如图4所示，本发明的角系数检验系统3包括经过标定的电子天平31、电子天平加卸载装置32、沉积量检验板33。经过标定的电子天平31直接实时对沉积量检验板33进行称重，电子天平加载卸载装置32实现经过标定的电子天平31的复零保证称重的准确性。沉积量检验板33接受与放气物余弦定量散射系统2中的沉积表面23相同的质量面密度的沉积，这个质量面密度由电子天平31质量称重，从而实现对散射系统准确验证。通过增加放气物量使得沉积量检验板33沉积量大于10^-4g，符合经过标定的电子天平31的称重范围要求。

如图5所示，本发明的试验流程，先选择进行角系数验证试验还是石英天平准确性验证试验。根据试验需要安装沉积量检验板或石英晶体微量天平，再安装放气物材料，并对放气物初始值进行称重，同时对沉积量检验板进行称重或记录石英晶体微量天平频率初始值，然后开始放气散射试验过程，试验完成后，再次对放气物进行称重，同时对沉积量检验板进行再次称重或记录石英晶体微量天平频率最终值。根据称重和记录结果确定角系数和石英晶体微量天平的准确性。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施例进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。