基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法研究

　　提出了一種基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法。該方法通過(guò)測量被校漏率離子流上升率及四極質(zhì)譜計校準系數實(shí)現校準。實(shí)驗發(fā)現， 10^-10Pa·m³/s 量級極小漏率的離子流上升率重復性良好；采用混合氣體二級膨脹能有效降低復雜膨脹過(guò)程對四極質(zhì)譜計校準系數重復性引入的測量不確定度。通過(guò)對一支10^-10Pa·m³/s 真空漏孔的校準實(shí)驗，證明基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法有效可行。當進(jìn)一步減小校準室容積時(shí)，該方法能夠實(shí)現10^-13Pa·m³/s 量級極小漏率的校準。

　　隨著(zhù)航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對電子元器件的性能提出了越來(lái)越高的要求。對于一些必須在真空環(huán)境下工作的小容積電子元器件，只有極小的漏率才能滿(mǎn)足長(cháng)壽命、高可靠性的工作要求。表1 為工作在超高真空環(huán)境下的導彈紅外成像傳感器密封件漏率與壽命的關(guān)系，從表中可以看出當漏率小于1 × 10^-15Pa·m³/s 時(shí)才能保證其至少10 年的使用壽命，這也是這類(lèi)真空小容積密封電子元器件的共同要求。

　　為了對這一極小漏率進(jìn)行精確測量，超靈敏質(zhì)譜檢漏儀需要一支漏率小于10^-11Pa·m³ /s 量級的真空漏孔作為比較標準。但目前真空漏孔的校準下限僅為10^-10 ～10^-11Pa·m3 /s，不能實(shí)現對上述真空漏孔的校準。因此本文提出了一種基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法，用以延伸極小漏率的校準下限。

表1 導彈紅外成像傳感器漏率與壽命的關(guān)系

1、校準原理

　　定義Q 為被校極小漏率，Pa·m³ /s；V 為校準室容積，m³ ；K 為四極質(zhì)譜計靈敏度，A/Pa；I 為離子流信號，A；p 為校準室分壓力，Pa；q 為氣體量，Pa·m³。采用氦氣作為校準氣體，被校極小漏率在校準室中靜態(tài)累積引起校準室氦分壓力隨時(shí)間的變化率為

2、實(shí)驗裝置

　　基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法實(shí)驗裝置原理圖如圖1 所示，該裝置右校準室安裝了兩臺非蒸散型吸氣劑泵(NEGP) 。利用NEGP 對活性氣體大抽速對惰性氣體無(wú)抽速的特點(diǎn)，在不改變校準氣體量的同時(shí)有效維持了校準室靜態(tài)超高真空本底，為實(shí)驗的開(kāi)展創(chuàng )造了良好的條件。

5、不確定度分析

　　采用基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法對這支10^-10Pa·m³/s 量級被校真空漏孔的校準結果不確定度分析如表7 所示。

　　從表7 中可以看出，被校漏孔離子流上升率、極小標準氣體量、重復性是測量結果不確定度的主要來(lái)源。其中被校漏孔離子流上升率測量不確定度較大是由于四極質(zhì)譜計在不同量級測量非線(xiàn)性引起的，極小標準氣體量引入的不確定度主要來(lái)源于混合氣體濃度比，可通過(guò)離子流比較的方法實(shí)現精確測量，從而降低該項引入的不確定度。

表7 不確定度分析

6、結論及展望

　　通過(guò)對一支10^-10 Pa·m³/s 量級真空漏孔的校準實(shí)驗，證明基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法有效可行，校準下限8.27 × 10^-12Pa·m³/s，校準不確定度小于5%。由于本實(shí)驗裝置校準室容積較大，導致四極質(zhì)譜計對極小信號的分辨能力較低，限制了該方法下限的進(jìn)一步延伸。因此在未來(lái)的實(shí)際應用中，可通過(guò)減小校準室容積、增加靜態(tài)累積時(shí)間的方法進(jìn)一步延伸校準下限。當校準室容積為5 ×10^-3m³時(shí)，能夠實(shí)現10^-13Pa·m³/s 量級極小漏率的校準。

　　基于靜態(tài)膨脹法的極小漏率校準方法不僅能夠實(shí)現極小漏率的測量、校準，同時(shí)也能夠應用于抽速、材料放氣率的定量研究中，具有廣闊應用前景和潛在的市場(chǎng)價(jià)值。