專利名稱：一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置及方法，特別是采用氣體微流量
技術(shù)實(shí)現(xiàn)電離規(guī)的抽速和出氣率測量的裝置及方法，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)電離規(guī)的抽氣效應(yīng)引起規(guī)管內(nèi)壓力與真空室中壓力不同時(shí)，就得到錯(cuò)誤的壓力測量結(jié)果，在超高/極高真空條件下這種影響更為明顯。所有的電離規(guī)都表現(xiàn)的像低抽速真空泵一般在10—5 10—4m3/s之間，因此要想得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，就必須對電離規(guī)的抽速進(jìn)行測量。文獻(xiàn)"J. H. Singleton. Practical guide to theuse Bayard-Alpert ionizationgauges. J. Vac. Sci. Technol. A 19 (4) ，2001."介紹了一種電離規(guī)的抽速的估算方法。該文獻(xiàn)中指出，電離規(guī)的抽速可通過式(1)進(jìn)行估算
<formula>formula see original document page 4</formula> 式中，p為系統(tǒng)壓力；pg為規(guī)管內(nèi)壓力；Sg為電離規(guī)抽速；S為系統(tǒng)的有效抽速。 這種方法的不足之處就是無法精確計(jì)算電離規(guī)的抽速。當(dāng)電離規(guī)的出氣效應(yīng)引起
規(guī)管內(nèi)壓力與真空室中壓力不同時(shí)，就得到錯(cuò)誤的壓力測量結(jié)果。熱陰極電離規(guī)的出氣效
應(yīng)在超高/極高真空條件下是一個(gè)很大的誤差源，冷陰極電離規(guī)由于內(nèi)部沒有任何熱源，
出氣率相對較低，因此要想得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，就必須對電離規(guī)特別是熱陰極電離規(guī)的
出氣率進(jìn)行領(lǐng)lj量。文獻(xiàn)"B. R. F. Kendall. Ionization gauge errors at low pressures.
J. Vac. Sci. Technol. A 17(4) ， 1999."介紹了一種電離規(guī)的相對出氣率的測量方法。該文獻(xiàn)
中指出，將不同的電離規(guī)安裝在十字形或T形接頭相鄰的臂上，交替的關(guān)閉一個(gè)電離規(guī)，然
后觀察另一個(gè)電離規(guī)的讀數(shù)變化，可在低壓力下測量電離規(guī)的相對出氣率。 這種方法的不足之處就是只能粗略估算電離規(guī)的相對出氣率，無法精確計(jì)算電離
規(guī)的絕對出氣率即出氣率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有估算方法的不足之處，提供一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置及方法，特別是采用氣體微流量技術(shù)實(shí)現(xiàn)電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置及方法，使得電離規(guī)抽速和出氣率能夠精確計(jì)算。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 本發(fā)明的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置，它由流量計(jì)、可變流導(dǎo)閥、被測電離規(guī)、參考規(guī)、上真空室、限流小孔、下真空室和抽氣機(jī)組組成；其連接關(guān)系為流量計(jì)與上真空室通過可變流導(dǎo)閥連接；上真空室和下真空室連在一起，中間通過限流小孔隔開；被測電離規(guī)和參考規(guī)直接連接在上真空室上，抽氣機(jī)組與下真空室相連并從中抽出氣體。
其中，流量計(jì)為固定流導(dǎo)法氣體微流量計(jì)，提供流量的范圍為1X10—9 1X10—5Pa. mVs，被測電離規(guī)為熱陰極型或?yàn)槔潢帢O型，抽氣機(jī)組為渦輪分子泵抽氣機(jī)組。
本發(fā)明的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量方法，其具體實(shí)施步驟為
1)啟動(dòng)抽氣機(jī)組，對上真空室和下真空室抽氣； 2)啟動(dòng)流量計(jì)抽氣機(jī)組，對流量計(jì)所有真空管道抽氣； 3)對測量裝置進(jìn)行整體烘烤除氣，烘烤溫度以勻速率逐漸升至最高點(diǎn)后，保持60 80h，然后再以勻速率逐漸降至室溫； 4)繼續(xù)抽氣24 48h，直至上真空室內(nèi)達(dá)到10—8Pa數(shù)量級(jí)的極限真空； 5)給流量計(jì)充入一定壓力的氣體，調(diào)節(jié)可變流導(dǎo)閥使其提供已知流量(^的氣體至
上真空室； 6)關(guān)閉被測電離規(guī)，記錄參考規(guī)在被測電離規(guī)開、關(guān)前后的讀數(shù)差dPl ; 7)打開被測電離規(guī)； 8)給流量計(jì)充入一定壓力的氣體，調(diào)節(jié)可變流導(dǎo)閥使其提供已知流量92的氣體至上真空室； 9)關(guān)閉被測電離規(guī)，記錄參考規(guī)在被測電離規(guī)開、關(guān)前后的讀數(shù)差dp2 ; 10)被測電離規(guī)的抽速由公式(2)計(jì)算 dS = S2 X (dp「dp2) / (Q2-Q》...................(2) 式中dS-被測電離規(guī)的抽速，mVs ; S-測量裝置的有效抽速，mVs ; dp「流量為Q工時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)引起參考規(guī)讀數(shù)的變化，Pa ; dp2_流量為Q2時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)引起參考規(guī)讀數(shù)的變化，Pa ; Qr氣體微流量計(jì)第一次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. m3/s ; Q2-氣體微流量計(jì)第二次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. mVs ; 11)被測電離規(guī)3的出氣率由公式(3)計(jì)算 dQ = S X (dpA-dpA) / (Q2_Q》.................(3) 式中dQ-被測電離規(guī)的出氣率，m3/s ; S-測量裝置的有效抽速，mVs ; dPl-流量為Q工時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)引起參考規(guī)讀數(shù)的變化，Pa ; dp2_流量為Q2時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)引起參考規(guī)讀數(shù)的變化，Pa ; Qr氣體微流量計(jì)第一次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. m3/s ; Q2-氣體微流量計(jì)第二次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. mVs ; 所述步驟3)中對流量計(jì)、被測電離規(guī)、參考規(guī)的烘烤溫度為120 15(TC，對上真空室和下真空室的烘烤溫度為200 30(TC，烘烤溫度上升和下降的勻速率為20 40°C /h。 所述步驟5) 、8)中流量計(jì)提供流量的范圍為1 X 10—9 1 X 10—5Pa. m3/s。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是 1)采用固定流導(dǎo)法氣體微流量計(jì)提供已知?dú)怏w流量，流量測量范圍寬，測量不確定度小。 2)被測電離規(guī)的抽速和出氣率值能夠精確計(jì)算。


圖1是本發(fā)明電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置結(jié)構(gòu) 其中，1-流量計(jì)、2-可變流導(dǎo)閥、3-被測電離規(guī)、4-參考規(guī)、5-上真空室、6_限流小孔、7_下真空室、8_抽氣機(jī)組。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明的電離規(guī)的抽速和出氣率測量裝置，由流量計(jì)1、可變流導(dǎo)閥2、被測電離規(guī)3、參考規(guī)4、上真空室5、限流小孔6、下真空室7、抽氣機(jī)組8組成，其中流
量計(jì)1為固定流導(dǎo)法氣體微流量計(jì)。
實(shí)施例 1)啟動(dòng)抽氣機(jī)組8，對上真空室5和下真空室7抽氣；
2)啟動(dòng)流量計(jì)1抽氣機(jī)組，對流量計(jì)所有真空管道抽氣； 3)對測量裝置進(jìn)行整體烘烤除氣，對流量計(jì)1 、被測電離規(guī)3、參考規(guī)4的烘烤溫度為15(TC，對上真空室5和下真空室7的烘烤溫度為30(TC，烘烤溫度以勻速率逐漸升至最高點(diǎn)后，保持72h，然后再以勻速率逐漸降至室溫，烘烤溫度上升和下降的勻速率為30°C /h ; 4)繼續(xù)抽氣24 48h，直至上真空室5內(nèi)達(dá)到10—8Pa數(shù)量級(jí)的極限真空；
5)給流量計(jì)1充入壓力為3. 6X 10—3Pa的氣體，調(diào)節(jié)可變流導(dǎo)閥2使其提供已知流量Qi為7. 3X 10—9Pa. mVs的氣體至上真空室5 ; 6)關(guān)閉被測電離規(guī)3，記錄參考規(guī)4在被測電離規(guī)3開、關(guān)前后的讀數(shù)差c^為4. 5X10—8Pa ; 7)打開被測電離規(guī)3; 8)給流量計(jì)1充入壓力為6. 1X10—乍a氣體，調(diào)節(jié)可變流導(dǎo)閥2使其提供已知流量Q2為1. 2X 10—7Pa. mVs的氣體至上真空室5 ; 9)關(guān)閉被測電離規(guī)3，記錄參考規(guī)4在被測電離規(guī)3開、關(guān)前后的讀數(shù)差dp2為2X10—8Pa ; 10)被測電離規(guī)3的抽速由公式(2)計(jì)算，dS = 2. 1 X 10-5 m3/s ;
11)被測電離規(guī)3的出氣率由公式(3)計(jì)算，dQ = 4. 6X 10—10Pa. m3/s。
權(quán)利要求
一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置，它由流量計(jì)(1)、可變流導(dǎo)閥(2)、被測電離規(guī)(3)、參考規(guī)(4)、上真空室(5)、限流小孔(6)、下真空室(7)和抽氣機(jī)組(8)組成；其連接關(guān)系為流量計(jì)(1)與上真空室(5)通過可變流導(dǎo)閥(2)連接，上真空室(5)和下真空室(7)連在一起，中間通過限流小孔(6)隔開，被測電離規(guī)(3)和參考規(guī)(4)直接連接在上真空室(5)上，抽氣機(jī)組(8)與下真空室(7)相連并從中抽出氣體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置，其特征在于流量 計(jì)(1)為固定流導(dǎo)法氣體微流量計(jì)，流量的范圍為1X10—9 1X10—5pa.mVs。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置，其特征在于被測 電離規(guī)(3)為熱陰極型或冷陰極型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置，其特征在于抽氣 機(jī)組(8)為渦輪分子泵抽氣機(jī)組。
5. —種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量方法，其特征在于1) 啟動(dòng)抽氣機(jī)組(8)，對上真空室(5)和下真空室(7)抽氣；2) 啟動(dòng)流量計(jì)(1)抽氣機(jī)組，對流量計(jì)所有真空管道抽氣；3) 對測量裝置進(jìn)行整體烘烤除氣，烘烤溫度以勻速率逐漸升至最高點(diǎn)后，保持60 80h，然后再以勻速率逐漸降至室溫；4) 繼續(xù)抽氣24 48h，直至上真空室(5)內(nèi)達(dá)到10—8Pa數(shù)量級(jí)的極限真空；5) 給流量計(jì)(1)充入一定壓力的氣體，調(diào)節(jié)可變流導(dǎo)閥(2)使其提供已知流量(^的氣 體至上真空室(5);6) 關(guān)閉被測電離規(guī)(3)，記錄參考規(guī)(4)在被測電離規(guī)(3)開、關(guān)前后的讀數(shù)差c^ ;7) 打開被測電離規(guī)(3);8) 給流量計(jì)(1)充入一定壓力的氣體，調(diào)節(jié)可變流導(dǎo)閥(2)使其提供已知流量92的氣 體至上真空室(5);9) 關(guān)閉被測電離規(guī)(3)，記錄參考規(guī)(4)在被測電離規(guī)(3)開、關(guān)前后的讀數(shù)差c^ ;10) 被測電離規(guī)(3)的抽速由公式(2)計(jì)算式中dS-被測電離規(guī)(3)的抽速，mVs ; S-測量裝置的有效抽速，mVs ;sp「流量為Q工時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)(3)引起參考規(guī)(4)讀數(shù)的變化，Pa ; dpf流量為Q2時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)(3)引起參考規(guī)(4)讀數(shù)的變化，Pa ; Qr氣體微流量計(jì)第一次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. mVs ; Q2_氣體微流量計(jì)第二次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. mVs ; 11)被測電離規(guī)(3)的出氣率由公式(3)計(jì)算 dQ = SX (dpA -dp2Q》/(Q2-Q》..............................(3)式中dQ-被測電離規(guī)(3)的出氣率，mVs ; S-測量裝置的有效抽速，mVs ;dp「流量為Q工時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)(3)引起參考規(guī)(4)讀數(shù)的變化，Pa ; dpf流量為Q2時(shí)開關(guān)被測電離規(guī)(3)引起參考規(guī)(4)讀數(shù)的變化，Pa ; Qr氣體微流量計(jì)第一次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. mVs ;Q2-氣體微流量計(jì)第二次提供的已知?dú)怏w流量，Pa. m3/s。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量方法，其特征在于所述 步驟(3)中流量計(jì)(1)、被測電離規(guī)(3)、參考規(guī)(4)的烘烤溫度為120 150°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量方法，其特征在于上真 空室(5)和下真空室(7)的烘烤溫度為200 30(TC，烘烤溫度上升和下降的勻速率為20 40°C /h。
全文摘要
本發(fā)明的一種電離規(guī)的抽速和出氣率的測量裝置及方法，特別是采用氣體微流量技術(shù)實(shí)現(xiàn)電離規(guī)的抽速和出氣率測量的裝置及方法，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由流量計(jì)、可變流導(dǎo)閥、被測電離規(guī)、參考規(guī)、上真空室、限流小孔、下真空室、抽氣機(jī)組組成。本發(fā)明采用固定流導(dǎo)法氣體微流量計(jì)提供已知?dú)怏w流量，流量測量范圍寬，測量不確定度??；被測電離規(guī)的抽速和出氣率值能夠精確計(jì)算。
文檔編號(hào)G01L27/00GK101710014SQ20091025934
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者馮焱, 成永軍, 李得天, 郭美如 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所