專利名稱：一種分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高/極高真空規(guī)校準裝置及方法，特別是采用分流技術(shù)實現(xiàn)超高/極高真空規(guī)校準的裝置和方法。
背景技術(shù)：
文獻“Gross G and Messer G.Calibration of vacuum gauges atpressures below 10-9mbar with a molecular beam method.Proc.8thIntern.Vac.Congr.II，1980255”介紹了一種分子束法校準超高/極高真空規(guī)的方法。該方法基本原理由克努曾室、低溫室和校準室組成，中間低溫室壁用液氦冷凍，可抽至極高真空。從克努曾室上小孔飛出的氣體分子，大部分被液氦壁捕獲，只有很少一部分穿過校準室上的小孔進入校準室，因此，可在校準室中進行超高/極高真空規(guī)的校準。雖然該方法適用各種超高/極高真空規(guī)的校準，但其不足之處是抽氣手段復雜，采用了離子泵、鈦升華泵、液氮保護、液氦冷凍等，由于要消耗液氦和液氮，運轉(zhuǎn)成本高；由于液氦低溫表面的存在，理想的熱力學平衡狀態(tài)不能達到；由于校準室、克努曾室向鄰近的液氦低溫表面輻射熱，造成液氦壁捕獲氣體分子的脫附，使液氦壁對氣體分子的粘附系數(shù)難于準確估算，且隨氣體分子的不同而不同，這使標準壓力難于精確計算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置與方法，采用室溫抽氣手段，避免了熱力學平衡狀態(tài)無法達到及存在熱輻射效應的缺點，使標準壓力能夠精確計算。
本發(fā)明的裝置的技術(shù)解決方案是分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置，其特征在于它由無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組1、非蒸散型吸氣劑泵2和5、極高真空抽氣室3、極高真空校準室7、閥門4和8、限流孔6和16、小孔9和14、分流室10、隔斷閥11和13、氣體微流量計12、超高真空校準室15、超高真空抽氣室17、普通分子泵抽氣機組18組成，無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組1與極高真空抽氣室3相連并從中抽出氣體，極高真空抽氣室3與極高真空校準室7連在一起，中間有一個限流孔6，非蒸散型吸氣劑泵2和5通過閥門4和8分別與極高真空抽氣室3、極高真空校準室7相連并從中抽出氣體，普通分子泵抽氣機組18與超高真空抽氣室17相連并從中抽出氣體，超高真空抽氣室17與超高真空校準室15連在一起，中間有一個限流孔16，超高真空校準室15通過隔斷閥13與分流室10相連，氣體微流量計12通過隔斷閥11與分流室10相連，分流室10中的校準氣體分別通過小孔9和小孔14進入極高真空校準室7、超高真空校準室15。
其中，無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組1的主泵為磁懸浮渦輪分子泵、前級泵為干泵，閥門4和閥門8為極高真空角閥，小孔9和小孔14的分子流流導分別為10-6m3/s數(shù)量級和10-4m3/s數(shù)量級，氣體微流量計12所流出的校準氣體為惰性氣體。
本發(fā)明的方法的技術(shù)解決方案是分流式超高/極高真空規(guī)校準方法，包括下列步驟(1)啟動無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組和普通分子泵抽氣機組，從校準裝置中抽出氣體；(2)對極高真空抽氣室、極高真空校準室、超高真空校準室、超高真空抽氣室、分流室進行烘烤除氣，烘烤溫度以勻速率逐漸升至最高點后，保持60～80小時，然后再以勻速率逐漸降至室溫；(3)在烘烤最高溫度保持期間，打開極高真空角閥，對非蒸散型吸氣劑泵進行激活，激活2～4小時后停止，并關(guān)閉極高真空角閥，當溫度恢復至室溫后，再打開極高真空角閥，繼續(xù)抽氣10～14小時，直至極高真空校準室內(nèi)達到10-10Pa數(shù)量級的極高真空；(4)將氣體微流量計流出的氣體引入到一個分流室中，利用分流室上兩個孔徑不同的小孔將氣體分流到極高真空校準室和超高真空校準室中；(5)在10-10～10-7Pa范圍內(nèi)校準時，打開非蒸散型吸氣劑泵連接閥門，在高于10-7Pa范圍內(nèi)校準時，關(guān)閉非蒸散型吸氣劑泵連接閥門。
所述步驟(2)中對極高真空抽氣室和極高真空校準室的最高烘烤溫度為250～350℃，對超高真空校準室、超高真空抽氣室和分流室的最高烘烤溫度為180～220℃，烘烤溫度上升和下降的勻速率為20～40℃/h。
所述步驟(4)中氣體微流量計的流量范圍為1×10-9～1×10-5Pam3/s，分流室上兩個孔徑不同的小孔中與極高真空校準室相連的小孔的分子流流導為10-6m3/s數(shù)量級、與超高真空校準室相連的小孔的分子流流導為10-4m3/s數(shù)量級。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)極高真空獲得采用的無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組和非蒸散型吸氣劑泵都是室溫抽氣手段，有利于熱力學平衡態(tài)的建立。
(2)極高真空的獲得不需要消耗液氦和液氮，降低了運轉(zhuǎn)成本。
(3)由于非蒸散型吸氣劑泵對惰性氣體無抽速，當以惰性氣體作為校準氣體時，非蒸散型吸氣劑泵既維持了極高真空本底，又不改變校準室的有效抽速。
(4)標準壓力能夠精確計算。


圖1是本發(fā)明分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明的分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置，由無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組1、非蒸散型吸氣劑泵2和5、極高真空抽氣室3、極高真空校準室7、極高真空角閥4和8、限流孔6和16、分子流流導為1×10-6m3/s的小孔(單孔)9、分流室10、分子流流導為1×1O-4m3/s的小孔(多孔)14、隔斷閥11和13、氣體微流量計12、超高真空校準室15、超高真空抽氣室17、普通分子泵抽氣機組18組成。
干泵與磁懸浮渦輪分子泵串聯(lián)組成的抽氣機組1與極高真空抽氣室3相連并從中抽出氣體，極高真空抽氣室3與極高真空校準室7連在一起，中間有一個限流孔6，非蒸散型吸氣劑泵2和5通過極高真空角閥4和8分別與極高真空抽氣室3、極高真空校準室7相連，普通分子泵抽氣機組18與超高真空抽氣室17相連并從中抽出氣體，超高真空抽氣室17與超高真空校準室15連在一起，中間有一個限流孔16，超高真空校準室15通過隔斷閥13與分流室10相連，氣體微流量計12通過隔斷閥11與分流室10相連，分流室10中的校準氣體分別通過小孔(單孔)9和小孔(多孔)14進入極高真空校準室7、超高真空校準室15。
實施步驟如下(1)打開隔斷閥13，啟動無油分子泵抽氣機組1和普通分子泵抽氣機組18。
(2)對極高真空抽氣室3、極高真空校準室7、超高真空校準室15、超高真空抽氣室17、分流室10進行烘烤除氣，極高真空抽氣室3和極高真空校準室7最高烘烤溫度為300℃，超高真空校準室15、超高真空抽氣室17和分流室10的最高烘烤溫度為200℃，從室溫開始以30℃/h的勻速率升溫，達到最高溫度后保持72小時，然后以30℃/h的勻速率降溫，當溫度達到100℃時，停止烘烤讓其自然降溫。
(3)對極高真空抽氣室3和極高真空校準室7，在最高溫度保持期間，打開極高真空角閥4和8，對非蒸散型吸氣劑泵2和5激活3小時，激活溫度為500℃，激活3小時后關(guān)閉極高真空角閥4和8。
(4)溫度恢復至室溫后，打開極高真空角閥4和8，繼續(xù)抽氣12小時以上，在極高真空校準室7中獲得10-10Pa的極高真空。
(5)關(guān)閉隔斷閥13，打開隔斷閥11，將氣體微流量計12流出的惰性氣體引入到分流室10中，并通過小孔9和14分流到極高真空校準室7和超高真空校準室15中，極高真空校準室7中的標準壓力由(1)式計算pu=Q0C0(1-RP)(1+RC)---(1)]]>式中pu-極高真空校準室7中的標準壓力，Pa；Q0-氣體微流量計12流出的氣體流量，Pam3/s；C0-限流孔6的流導，其值為1×10-1m3/s；RP-返流比；RC-小孔14流導與小孔9流導之比，其值為100。
(6)當標準壓力在10-10～10-7Pa范圍內(nèi)時，極高真空角閥4和8保持打開狀態(tài)；當標準壓力高于10-7Pa時，關(guān)閉極高真空角閥4和8。
權(quán)利要求
1.一種分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置，其特征在于它由無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組(1)、非蒸散型吸氣劑泵(2)和(5)、極高真空抽氣室(3)、極高真空校準室(7)、閥門(4)和(8)、限流孔(6)和(16)、小孔(9)和(14)、分流室(10)、隔斷閥(11)和(13)、氣體微流量計(12)、超高真空校準室(15)、超高真空抽氣室(17)、普通分子泵抽氣機組(18)組成，無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組(1)與極高真空抽氣室(3)相連并從中抽出氣體，極高真空抽氣室(3)與極高真空校準室(7)連在一起，中間有一個限流孔(6)，非蒸散型吸氣劑泵(2)和(5)通過閥門(4)和(8)分別與極高真空抽氣室(3)、極高真空校準室(7)相連并從中抽出氣體，普通分子泵抽氣機組(18)與超高真空抽氣室(17)相連并從中抽出氣體，超高真空抽氣室(17)與超高真空校準室(15)連在一起，中間有一個限流孔(16)，超高真空校準室(15)通過隔斷閥(13)與分流室(10)相連，氣體微流量計(12)通過隔斷閥(11)與分流室(10)相連，分流室(10)中的校準氣體分別通過小孔(9)和小孔(14)進入極高真空校準室(7)、超高真空校準室(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置，其特征在于所述的無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組(1)，其主泵為磁懸浮渦輪分子泵、前級泵為干泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置，其特征在于所述的閥門(4)和閥門(8)為極高真空角閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置，其特征在于所述的小孔(9)和小孔(14)，其分子流流導分別為10-6m3/s數(shù)量級和10-4m3/s數(shù)量級。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置，其特征在于所述的氣體微流量計(12)，其所流出的校準氣體為惰性氣體。
6.一種分流式超高/極高真空規(guī)校準方法，其特征在于包括下列步驟(1)啟動無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組和普通分子泵抽氣機組，從校準裝置中抽出氣體；(2)對極高真空抽氣室、極高真空校準室、超高真空校準室、超高真空抽氣室、分流室進行烘烤除氣，烘烤溫度以勻速率逐漸升至最高點后，保持60～80小時，然后再以勻速率逐漸降至室溫；(3)在烘烤最高溫度保持期間，打開極高真空角閥，對非蒸散型吸氣劑泵進行激活，激活2～4小時后停止，并關(guān)閉極高真空角閥，當溫度恢復至室溫后，再打開極高真空角閥，繼續(xù)抽氣10～14小時，直至極高真空校準室內(nèi)達到10-10Pa數(shù)量級的極高真空；(4)將氣體微流量計流出的氣體引入到分流室中，利用分流室上兩個孔徑不同的小孔將氣體分流到極高真空校準室和超高真空校準室中；(5)在10-10～10-7Pa范圍內(nèi)校準時，打開非蒸散型吸氣劑泵連接閥門，在高于10-7Pa范圍內(nèi)校準時，關(guān)閉非蒸散型吸氣劑泵連接閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準方法，其特征在于所述步驟(2)中對極高真空抽氣室和極高真空校準室的最高烘烤溫度為250～350℃，對超高真空校準室、超高真空抽氣室和分流室的最高烘烤溫度為180～220℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準方法，其特征在于所述步驟(2)中烘烤溫度上升和下降的勻速率為20～40℃/h。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準方法，其特征在于所述步驟(4)中氣體微流量計的流量范圍為1×10-9～1×10-5Pam3/s。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分流式超高/極高真空規(guī)校準方法，其特征在于所述步驟(4)中分流室上兩個孔徑不同的小孔，其中與極高真空校準室相連的小孔的分子流流導為10-6m3/s數(shù)量級、與超高真空校準室相連的小孔的分子流流導為10-4m3/s數(shù)量級。
全文摘要
一種分流式超高/極高真空規(guī)校準裝置及方法，采用無油雙渦輪分子泵串聯(lián)抽氣機組與非蒸散型吸氣劑泵組合方案獲得10
文檔編號G01L21/00GK1865883SQ200610087249
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者李得天, 郭美如 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所