正壓漏孔校準技術(shù)國內研究狀況
1、中國計量院(NIM)
中國計量院在2005 年建立了一套恒壓法正壓漏孔校準裝置，測量范圍(2×10- 6~8×10- 5)Pa·m3/s，不確定度為(1.3%~2.8%)，置信概率p=95%，裝置結構圖見(jiàn)圖8。
該裝置采用差壓式電容薄膜規測量壓力變化，參考室和校準室用球閥連接，校準室上接有放氣閥和正壓漏孔接口�；钊ㄟ^(guò)O 型圈與活塞套筒動(dòng)密封連接，活塞變化距離由光柵尺測量。為更好的維持恒溫，電容薄膜規管道、活塞等用隔熱材料包裹，裝置整體放在兩個(gè)相互套嵌的透明箱體內。在實(shí)際測量中，操作人員觀(guān)測差壓規的讀數來(lái)實(shí)時(shí)調整活塞的移動(dòng)速度使差壓規的讀數盡量接近零點(diǎn)，通過(guò)測量活塞移動(dòng)距離，實(shí)驗時(shí)間來(lái)計算正壓漏孔的漏率，這種方法類(lèi)似于PID 恒壓控制，但沒(méi)有采用計算機自動(dòng)控制的模式。
圖8 中國計量院正壓漏孔校準裝置結構圖
研究工作的重點(diǎn)是，增加活塞組以擴展測量上限，對裝置進(jìn)行更好的恒溫控制以降低虛漏并提高測量下限，對活塞直徑和測量時(shí)間進(jìn)行更精確的測量以減小測量不確定度。
2、上海計量測試技術(shù)研究所
上海計量測試技術(shù)研究所建立了一套改進(jìn)型的(pΔV/t) 正壓漏孔校準裝置，校準范圍(1×10- 4～1×10- 6) Pa·m3/s，最佳校準能力小于4.0%(k=2)，校準原理見(jiàn)圖9。
圖9 上海計量測試所正壓漏孔校準裝置原理圖
該裝置采用MKS 公司生產(chǎn)的差壓式電容薄膜規698A 測量校準室的壓力變化， 滿(mǎn)量程為1330 Pa�；钊闹睆綖�2.4 mm，測量誤差不超過(guò)±0.001mm, 活塞桿由千分尺推動(dòng)并測量前進(jìn)距離。用標準溫度計測量參考室和校準室溫度，分辨率為0.01℃。大氣壓由DHI 公司生產(chǎn)的數字壓力計測量，測量精度為0.01%。裝置可以采用恒壓法和定容法兩種校準方法校準正壓漏孔。實(shí)際測量中，安裝好標準漏孔后關(guān)閉閥門(mén)1和平衡閥2，當差壓薄膜計壓力穩定升高時(shí)，調節千分尺帶動(dòng)活塞移動(dòng)將差壓示值調至0，記錄千分尺讀數和開(kāi)始時(shí)間。隨著(zhù)漏孔氣體的流入，調節千分尺同時(shí)觀(guān)察差壓計的讀數，使差壓保持在內±δ，δ 的具體值根據漏率大小決定，一定時(shí)間后，記錄位移，測量時(shí)間，可計算出漏率，這種方法和中國計量院采用的方法類(lèi)似。
3、清華大學(xué)
清華大學(xué)建立了一套定容式正壓漏孔校準裝置，校準范圍(1×10- 5～1×10- 6) Pa·m3/s，不確定度5%～15%，校準裝置原理圖見(jiàn)圖10。
圖10 清華大學(xué)正壓漏孔校準裝置原理圖
該裝置采用定容法的測量方法，校準室和參考室的體積均保持恒定，通過(guò)管道和閥門(mén)可以把它們連通或隔開(kāi)。采用差壓式電容薄膜規測量校準室和參考室之間的壓差。校準時(shí)，參考室被密封，壓強保持不變，氣體從進(jìn)氣端通過(guò)被校漏孔進(jìn)入校準室使其內部壓強不斷上升從而測量正壓漏孔的漏率。校準室在校準前充入北京大氣壓，基本接近1 個(gè)標準大氣壓。為了減小溫度變化造成的影響，在校準裝置下層機箱的內壁上粘貼了隔熱材料。在測試前，使用純氮氣清洗校準室和參考室，避免空氣中的水汽帶來(lái)的本底漏率影響�？梢詫�(shí)現數據的自動(dòng)采集和處理，系統重復性好，也可用于真空漏孔漏率的校準。
4、航天科技集團一院
航天科技集團一院建立了利用排水取氣法的正壓漏孔校準系統，最小可校漏率1×10- 6 Pa·m3/s，其原理圖如圖11 所示。取氣管內氣壓p 近似為一個(gè)大氣壓。取氣管內徑d 為25 mm。通過(guò)正壓漏孔的試驗氣體被取氣管收集，隨著(zhù)取氣管內壓力的升高，不斷將取氣管中的水排出。測量Δt 時(shí)間內排水的高度為H，則可計算出正壓漏孔的漏率。
這種方法操作簡(jiǎn)單，能達到一定的精度，是一種實(shí)用的方法。但測量精度要受到測試期間溫度變化的影響，且測量小漏率時(shí)需要較長(cháng)的測試時(shí)間。例如測量漏率為1×10- 6 Pa·m3/s 的漏孔，若要排水高度H 達到10 mm，需要的測試時(shí)間為5.7 天的時(shí)間，測量效率有待提高。
圖11 航天一院正壓漏孔校準裝置原理圖
5、蘭州物理研究所(LIP)
蘭州物理研究所在2000 年建立了一臺正壓漏孔校準裝置，校準范圍(10- 3～10- 7) Pa·m3/s，不確定度20%，裝置原理圖見(jiàn)圖12。
圖12 LIP 正壓漏孔校準裝置原理圖
該裝置采用定容法和動(dòng)態(tài)比較法測量漏率，動(dòng)態(tài)比較法是將示漏氣體通過(guò)正壓漏孔流入定容室進(jìn)行累積，經(jīng)過(guò)Δt 時(shí)間后，將定容室中的混合氣體膨脹到膨脹室中進(jìn)行壓力衰減，再通過(guò)小孔在分子流狀態(tài)下引入到質(zhì)譜分析室中，用四極質(zhì)譜計測量示漏氣體的離子流。同樣的，使用配樣室配置定量氣體，與定容室中的一個(gè)大氣壓的空氣混合后膨脹到膨脹室中，也通過(guò)小孔分子流動(dòng)態(tài)進(jìn)樣，用四極質(zhì)譜計測量定量氣體的分壓力，通過(guò)比較計算正壓漏孔的漏率。
從理論上講，只要漏孔累積的時(shí)間足夠長(cháng)，就可以校準很小的漏孔。而實(shí)際上，漏孔流量累積時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí)，其測量結果的精度將受到溫度變化、系統泄漏等因素的影響而降低。另一方面，配樣室的氣體量不能配的太小，否則進(jìn)樣后會(huì )由于四極質(zhì)譜計的靈敏度限制而無(wú)法測量，所以采用這種方法延伸測量下限值得進(jìn)一步研究。目前，該單位正在研制基于自動(dòng)控制的恒壓法正壓漏孔校準裝置。
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正壓漏孔校準技術(shù)的發(fā)展概況
