靜態膨脹法真空標準校準下限延伸方法研究

真空規管 李得天 蘭州物理研究所真空低溫技術與物理國家級重點實驗室

  自1910 年克努曾提出將靜態膨脹法作為真空標準原理,距今已近100 年的歷史。經過對靜態膨脹法真空標準近一百年的探索和研究,該標準已成為世界各國普遍采用的真空標準之一 。

  目前,國內外靜態膨脹法真空標準裝置的校準下限最低為10-5Pa ,影響校準下限的主要因素是校準室器壁的放氣效應。為了降低器壁放氣效應對校準下限的影響,采取的主要手段是對校準室內表面進行拋光處理和進行高溫烘烤,但這并不能消除放氣效應的影響,因此,在延伸靜態膨脹法真空標準校準下限方面進展緩慢。

  本文提出使用非蒸散型吸氣劑泵(NEGP) 消除器壁放氣影響來延伸校準下限的方法,為靜態膨脹法的研究提供了另一條思路。NEGP 具有兩個顯著特點:一個是在室溫下,對活性氣體特別是H2 的抽速很大;另一個是對惰性氣體無抽速。利用NEGP的特點,以惰性氣體作為校準氣體時,可以消除器壁放氣的影響,這是因為NEGP 既維持了校準室中的高真空本底,又不改變校準室內惰性氣體的氣體量,從而保證氣體靜態膨脹時波義耳定律嚴格成立,使標準壓力能夠準確計算。

1、靜態膨脹法真空標準裝置的組成

  靜態膨脹法真空標準主要由前級壓力測量系統、氣體壓力衰減系統、抽氣系統和烘烤系統四部分組成,原理如圖1 所示。

  靜態膨脹法真空標準裝置的前級壓力采用DPG8 數字式活塞壓力計和DHFRS5 數字式微壓氣體活塞壓力計進行測量,DPG8 的滿量程為160kPa ,DHFRS5 的滿量程為11kPa 。

靜態膨脹法真空標準裝置原理圖 

圖1  靜態膨脹法真空標準裝置原理圖

1 ,26 —rotary pump ; 2 ,25 —turbo molecular pump ; 3 ,6 ,7 , 9 ,10 ,12 ,13 , 15 , 16 , 18 , 19 , 21 , 24 , 27 —isolation valve ; 4 —leftcalibration chamber ;5 ,22 —ionization gauge ;8 ,17 —0. 1 L sam-pling chamber ; 11 , 14 —1 L sampling chamber ; 20 —DPG8 ,DHFRS5 ;23 —right calibration chamber ;28 —NEGP

  壓力衰減系統由取樣室和校準室組成。取樣室由一級取樣室14、17 和二級取樣室8、11 組成,取樣室11、14 的容積約為1L ,取樣室8、17 的容積約為011L 。校準室由左校準室4 和右校準室23 組成,容積均約為100L 。

  標準裝置的左、右校準室分別配置了一套抽氣系統,抽氣系統由機械泵和渦輪分子泵組成;另外,在右校準室上配制了一臺NEGP 來延伸校準下限。為了有效去除取樣室、校準室和管道內壁上吸附的水汽和其它殘余氣體,為標準裝置還專門設計了烘烤夾克套及烘烤控制系統。