定容法和定量氣體動態(tài)比較法校準(zhǔn)正壓漏孔比較
定容法校準(zhǔn)正壓漏孔方法
在溫度恒定的條件下，用壓力p 和容積V 的乘積pV表示氣體量，這時漏孔漏率Q 就是pV 對時間t的全微分，即：
如果容積保持不變，則為定容法；如果壓力保持不變，則為恒壓法。對于校準(zhǔn)正壓漏孔來說，定容法與恒壓法相比，測量上限容易延伸；測量下限都受到溫度波動的影響，基本相同。但恒壓法校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，技術(shù)難度較大，故正壓漏孔校準(zhǔn)一般采用定容法。
用定容法校準(zhǔn)正壓漏孔時，在定容室中充入1個大氣壓的空氣，在配氣系統(tǒng)中充入2個大氣壓的示漏氣體。將正壓漏孔的出口端與定容室相連接，入口端與配氣系統(tǒng)相連接。通過正壓漏孔把示漏氣體引入到定容室中，引起定容室中的壓力上升。在定容室容積不變的條件下，通過測量定容室中的壓力變化值和所用的時間，考慮到溫度的修正，可得到正壓漏孔的漏率：
式中Q 為正壓漏孔的漏率，Pa·L/s;V為定容室的容積,L;△p為定容室中的壓力變化值，Pa; △t為定容室中的壓力變化△p時所用的時間，s;Tr為參考溫度，296K;T為定容室中的氣體溫度，K。
當(dāng)測量較大的漏率時，由于定容室中壓力最大允許變化量△p為出口壓力的5%，即5kPa，從式（2）可知，這時要增加定容室的容積（10L ）和減少測量時間，以滿足定容室中的壓力變化量△p不超過出口壓力的5%。當(dāng)測量較小的漏率時，為了滿足定容室中的壓力變化量△p 和測量時間△t 不至于太長，應(yīng)盡量減小定容室容積（3×10 -2L）。
根據(jù)100~5×10 -3Pa 漏率的校準(zhǔn)范圍，設(shè)計了4個容積不等的定容室。定容室中的壓力采用了美國MKS公司生產(chǎn)的電容薄膜規(guī)測量。當(dāng)測量的壓力變化范圍在100~5000 Pa時，用133kPa電容薄膜規(guī)測量；當(dāng)測量的壓力變化范圍在50~133Pa時，用133Pa差壓式電容薄膜規(guī)測量。
定容法的測量上限主要取決于定容室容積，10L(定容室Ⅱ的漏率測量上限可達(dá)100 PaL/s，能夠滿足對漏率較大的正壓漏孔的校準(zhǔn)。定容法的測量下限主要取決于溫度波動，為5×10 -3 PaL/s。
定量氣體動態(tài)比較法校準(zhǔn)正壓漏孔方法
利用定容法校準(zhǔn)較小漏率的正壓漏孔會產(chǎn)生較大的誤差。因為當(dāng)正壓漏孔的漏率較小時，氣體流入定容室所引起的壓力變化非常慢，這就要增加測量時間△t，這時由溫度波動引起的壓力變化量已大于氣體流入定容室中引起的壓力變化量，因此限制了定容法的校準(zhǔn)下限。為了解決較小漏率正壓漏孔的校準(zhǔn)問題，提出了用定量氣體動態(tài)比較法校準(zhǔn)正壓漏孔，以延伸正壓漏孔的校準(zhǔn)下限。
定量氣體動態(tài)比較法是在累積室中充入一個大氣壓的空氣，通過正壓漏孔把示漏氣體引入累積室中。經(jīng)過△t的累積時間，將累積室中的混合氣體膨脹到10L的定容室Ⅱ中時進(jìn)行壓力衰減，通過分子流動態(tài)進(jìn)樣引入到質(zhì)譜分析室中，用四極質(zhì)譜計測量示漏氣體的分壓強(qiáng)p1；再把標(biāo)準(zhǔn)壓力為ps 的示漏氣體用已知小容積配制成ps×V1 定量氣體，并與累積室中的一個大氣壓的空氣混合后膨脹到定容室Ⅱ中，通過分子流動態(tài)進(jìn)樣引入到質(zhì)譜分析室中，用四極質(zhì)譜計測量定量氣體的分壓力p2。通過比較兩次測得的示漏氣體分壓力，計算出正壓漏孔的漏率：
四極質(zhì)譜計實際測量的是示漏氣體的分壓力所對應(yīng)的離子流。設(shè)累積氣體中的示漏氣體所對應(yīng)的離子流為IL，定量氣體中的示漏氣體所對應(yīng)的離子流為IV。如果考慮到空氣中含有的示漏氣體成分和示漏氣體對正壓漏孔校準(zhǔn)系統(tǒng)的污染，用累積室配制一個大氣壓的空氣樣品，膨脹到10L 的定容室Ⅱ中，通過分子流動態(tài)進(jìn)樣引入到質(zhì)譜室中，用四極質(zhì)譜計測量對應(yīng)于示漏氣體的離子流為IA，由式（2）可得實際的漏率計算公式如下：
為了增加示漏氣體的濃度和減少示漏氣體的累積時間，必須盡量減小累積室容積。累積室容積由正壓漏孔的出口端與閥門11之間的小容積組成，小于10ml。
為了避免四極質(zhì)譜計線性誤差，通過調(diào)節(jié)示漏氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力ps，或選用1ml 或10ml的定量容積進(jìn)行配氣，使得兩次測量的示漏氣體離子流IA與IL盡量地接近。示漏氣體的標(biāo)準(zhǔn)壓力調(diào)節(jié)范圍為1.33×10 3~10 Pa，可用滿量程13.3kPa 電容薄膜規(guī)測量。氣體累積時間△t為100~10 000，校準(zhǔn)范圍為2×10 -2~5×10 -5 PaL/s。
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