本發(fā)明涉及一種基于電離真空計的真空分壓力的測量方法，屬于真空測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在《真空技術(shù)》(“王欲知，陳旭.真空技術(shù)，北京航空航天大學出版社第2版，2007年6月，第407頁～451頁”)一書中系統(tǒng)介紹了利用磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計、回旋質(zhì)譜計、飛行時間質(zhì)譜計、四極質(zhì)譜計等多種質(zhì)譜儀器測量分壓力的方法，其主要測量方法是通過分析器電壓掃描獲得離子流譜圖，離子流大小指示不同質(zhì)荷比的氣體分子數(shù)密度，即分壓力。采用該方法的優(yōu)點在于可實時測量分壓力，且可直接顯示分壓力數(shù)據(jù)。但對于測量精度要求不高且生產(chǎn)成本控制嚴格的工業(yè)生產(chǎn)而言，質(zhì)譜計系統(tǒng)復雜且成本高，單機質(zhì)量、體積較大，同時還需要配套工控機系統(tǒng)、信號采集及處理系統(tǒng)；且質(zhì)譜計結(jié)構(gòu)復雜，通常要求高壓掃描、射頻掃描、強磁場等條件，在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域限制了其應(yīng)用。此外，在工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中，由于質(zhì)譜計不能在較低真空度條件下工作，因而缺乏有效地監(jiān)測混合氣體各組分分壓力的方法；在空間探測領(lǐng)域，由于受到功耗、體積、質(zhì)量和工作可靠性等因素限制，質(zhì)譜計的直接應(yīng)用也受到了限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于電離真空計的真空分壓力的測量方法，所述方法簡單可行，可適用于實際工業(yè)生產(chǎn)中的真空分壓力的測量，且測量成本低、測量精度高。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于電離真空計的真空分壓力的測量方法，所述方法包括如下步驟：

步驟一：將電離真空計安裝于真空分壓力測量標定裝置的校準室上，排出校準室中的氣體至校準室中的壓力達到極限真空度p_u，打開電離真空計；向校準室中通入混合標樣氣體，當校準室中壓力達動態(tài)平衡時，在電離真空計全壓力的標準測量模式下，記錄此時的真空度p_std；

其中，所述混合標樣氣體的氣體成分與待測混合氣體的成分相同，且各組分的分壓力已知；

步驟二：調(diào)節(jié)電離真空計的陽極電壓從0～350V逐漸增大，并記錄每次調(diào)節(jié)完電壓后，校準室中壓力達動態(tài)平衡時電離真空計的示值p_v；

步驟三：以陽極電壓U為橫坐標，壓力變化系數(shù)λ為縱坐標，繪制λ隨U的變化曲線，獲得標準曲線；其中，壓力變化系數(shù)λ由以下公式計算得到：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_v-p_u}{p_{std}-p_u};$

步驟四：僅改變混合標樣氣體中各組分的分壓力，重復步驟一至步驟三，獲得不同分壓力下的標準曲線圖譜；

步驟五：針對氣體成分和混合標樣氣體中氣體成分相同的待測混合氣體，按照步驟一至步驟三所述的方法獲得待測混合氣體壓力變化系數(shù)λ，繪制壓力變化系數(shù)λ隨陽極電壓U的變化曲線，獲得實測曲線；

步驟六：采用對比分析方法，將所述實測曲線與標準曲線圖譜進行對比，獲得待測混合氣體中各組分的分壓力數(shù)據(jù)。

進一步的，所述真空分壓力測量標定裝置主要包括氣體配樣室、真空抽氣室、校準室、第一前級泵、第二前級泵、第一非蒸散型吸氣劑泵、第二非蒸散型吸氣劑泵和氣瓶；

其中，所述校準室上設(shè)置有電離真空計和寬量程監(jiān)測真空計；所述氣體配樣室設(shè)置有電容薄膜真空計；所述校準室的底部加工有通孔；所述真空抽氣室的底部加工有通孔；

所述校準室和真空抽氣室通過其上的通孔連通，并所述校準室通過管道與第一非蒸散型吸氣劑泵連接，所述真空抽氣室分別通過管道與所述第二非蒸散型吸氣劑泵和第一前級泵連接，并在所述真空抽氣室與第一前級泵之間的管道上設(shè)有第一分子泵；所述氣體配樣室分別通過管道與所述氣瓶和所述校準室連通，并通過管道與第二前級泵連接，且在氣體配樣室與第二前級泵連接之間的管道上設(shè)有第二分子泵。

有益效果

(1)本發(fā)明所述方法簡單可行，可適用于實際工業(yè)生產(chǎn)中的真空分壓力的測量，并采用單一真空計代替?zhèn)鹘y(tǒng)質(zhì)譜計即可同時實現(xiàn)全壓力和分壓力的測量，測量精度高，并極大地降低了工業(yè)生產(chǎn)和科研成本。

(2)本發(fā)明所述方法采用的真空分壓力測量標定裝置結(jié)構(gòu)簡單合理，成本低，適用于實際工業(yè)生產(chǎn)。

(3)在空間大氣探測領(lǐng)域的低功耗、輕量化、小體積、高可靠要求下，基于本發(fā)明方法，可標定任意可用于空間探測的電離真空計，并完成譜圖繪制，最終完成真空分壓力及全壓力精確測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述方法的邏輯圖；

圖2為實施例1中所述真空分壓力測量標定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實施例1中所述標準曲線圖譜；

其中，1-電離真空計，2-寬量程監(jiān)測真空計，3-電容薄膜真空計，4-氣體配樣室，5-氣瓶，6-第二分子泵，7-第二前級泵，8-第一分子泵，9-第一前級泵，10-第二非蒸散型吸氣劑泵，11-第一非蒸散型吸氣劑泵，12-真空抽氣室，13-校準室。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。

以下實施例中所述真空分壓力測量標定裝置主要包括氣體配樣室4、真空抽氣室12、校準室13、第一前級泵9、第二前級泵7、第一非蒸散型吸氣劑泵11、第二非蒸散型吸氣劑泵10和氣瓶5；

其中，所述校準室13上設(shè)置有電離真空計1和寬量程監(jiān)測真空計2；所述氣體配樣室4設(shè)置有電容薄膜真空計3；所述校準室13的底部加工有通孔；所述真空抽氣室12的底部加工有通孔；

所述校準室13和真空抽氣室12通過其上的通孔連通，并所述校準室13通過管道與第一非蒸散型吸氣劑泵11連接，所述真空抽氣室12分別通過管道與所述第二非蒸散型吸氣劑泵10和第一前級泵9連接，并在所述真空抽氣室12與第一前級泵9之間的管道上設(shè)有第一分子泵8；所述氣體配樣室4分別通過管道與所述氣瓶5和所述校準室13連通，并通過管道與第二前級泵7連接，且在氣體配樣室4與第二前級泵7連接之間的管道上設(shè)有第二分子泵6。

實施例1

一種基于電離真空計的真空分壓力的測量方法，所述方法包括如下步驟：

步驟一：打開真空分壓力測量標定裝置的第一前級泵9、第二前級泵7、第一分子泵8和第二分子泵6，對真空抽氣室12、校準室13和氣體配樣室4進行抽氣，并打開寬量程監(jiān)測真空計2和電容薄膜真空計3進行氣壓的監(jiān)測；當抽氣室、校準室13和氣體配樣室4內(nèi)真空度均達到10^-7Pa量級，對真空管路和真空腔室(真空抽氣室12、校準室13和氣體配樣室4)進行烘烤除氣，當溫度升溫至150℃時，對電離真空計1進行除氣，溫度升至260℃時，打開所述真空抽氣室12和校準室13與所述非蒸散型吸氣劑泵管路上的真空閥門，并于500℃激活第一非蒸散型吸氣劑泵11和第二非蒸散型吸氣劑泵10，激活時間1小時，激活完畢后關(guān)閉所述真空閥門；在500℃下保溫24h，降溫至150℃，對電離真空計1再次進行除氣；關(guān)閉氣體配樣室4與校準室13之間管道上的真空閥門，當校準室13的極限真空度維持穩(wěn)定時，采用第一非蒸散型吸氣劑泵11和第二非蒸散型吸氣劑泵10進行選擇性抽氣，抽除容積器壁吸附的活性氣體，連續(xù)抽氣至穩(wěn)定時，記錄寬量程監(jiān)測真空計2的示值，獲得極限真空度p_u＝1.83×10^-9Pa；

步驟二：關(guān)閉第二分子泵6與氣體配樣室4之間管道上的真空閥門，通過氣瓶5向氣體配樣室4中充入1Pa氮氣、4Pa氧氣，配制p(N₂):p(O₂)＝1:4的混合標樣氣體，然后打開氣體配樣室4與校準室13之間管道上的真空閥門，向真空校準室13沖入1Pa的混合標樣氣體，達到動態(tài)平衡1min后，記錄電離真空計1的示值，得到P_std＝2.37×10^-7Pa；

步驟三：通過直流電源調(diào)節(jié)電離真空計1的陽極電壓從0～350V逐漸增大，由于陽極電壓變化引起電離真空計1的靈敏度發(fā)生變化，因此電離真空計1的示值會發(fā)生變化，并記錄每次調(diào)節(jié)完電壓后，校準室13中壓力達動態(tài)平衡時電離真空計1的示值p_v；

步驟四：以陽極電壓U為橫坐標，壓力變化系數(shù)λ為縱坐標，繪制λ隨U的變化曲線，獲得標準曲線；其中，壓力變化系數(shù)λ由以下公式計算得到：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_v-p_u}{p_{std}-p_u};$

步驟五：僅改變混合標樣氣體中各組分的分壓力，重復步驟一～四4次，獲得氧氣占比分別為20％、33％、43％和50％四種比例的混合標樣氣體圖譜，如圖3所示。

步驟六：在實際工作過程中，針對氣體成分和混合標樣氣體中氣體成分相同的待測混合氣體，按照步驟一～四所述的方法獲得待測混合氣體壓力變化系數(shù)λ，繪制壓力變化系數(shù)λ隨陽極電壓U的變化曲線，獲得實測曲線；

步驟七：采用對比分析方法，將所述實測曲線與標準曲線圖譜進行對比，獲得待測混合氣體中各組分的分壓力數(shù)據(jù)。

本發(fā)明包括但不限于以上實施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進行的任何等同替換或局部改進，都將視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。