小孔流導(dǎo)測(cè)量方法的研究

2009-07-20 張滌新蘭州物理研究所

1、引言

　　在分子流條件下小孔流導(dǎo)值是恒定的，流導(dǎo)的大小與小孔的幾何形狀有關(guān)。對(duì)于幾何形狀規(guī)則的小孔，可通過理論計(jì)算得到流導(dǎo)值;而對(duì)于幾何形狀不規(guī)則的小孔，只能通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量流導(dǎo)值。對(duì)于直徑僅有10μm的小孔來說，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量小孔的流導(dǎo)值，可向真空系統(tǒng)提供已知的氣體流量，這對(duì)于氣體流量測(cè)量和真空處理工藝中流量的引人有著重要的意義。為此需要研究小孔流導(dǎo)的測(cè)量方法，測(cè)量小孔的流導(dǎo)值，以便提供準(zhǔn)確的氣體流量。

　　采用定容法氣體微流量校準(zhǔn)裝置和恒壓法氣體微流量校準(zhǔn)裝置分別測(cè)量了小孔的流導(dǎo)值。為了驗(yàn)證小孔流導(dǎo)測(cè)量的準(zhǔn)確性，在小孔一端分別充人氣體達(dá)到一定的壓力值，通過已測(cè)流導(dǎo)的小孔流出，向真空系統(tǒng)提供一定的流量。同時(shí)測(cè)量同一只真空漏孔的漏率值，比較了2種測(cè)量方法的一致性，得到了比較滿意的測(cè)量結(jié)果。

2、定容法測(cè)量小孔流導(dǎo)

2.1、定容法氣體微流量校準(zhǔn)裝置

　　定容法氣體微流量校準(zhǔn)裝置由定容法流量計(jì)、流量比較系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)和測(cè)量與控制系統(tǒng)4部分組成，如圖1所示。定容式流量計(jì)由定容室、壓力測(cè)量單元、供氣系統(tǒng)、抽氣機(jī)組、針閥和截止閥等組成。流量比較系統(tǒng)采用了雙球形結(jié)構(gòu)，在球的赤道法蘭上裝有真空規(guī)、四極質(zhì)譜計(jì)、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)等。真空抽氣系統(tǒng)由主抽分子泵、輔抽分子泵、濺射離子泵、干泵、閥門等組成，采用了無油真空抽氣系統(tǒng)，校準(zhǔn)室極限真空度為5.80 × 10 ^-8 Pa。

　　定容法氣體微流量校準(zhǔn)裝置可采用流量流人法、流量流出法和流導(dǎo)法對(duì)氣體微流量進(jìn)行校準(zhǔn)。流量流入法的校準(zhǔn)范圍為(5×10^-8~ 5×10^-3) Pa·m³/s，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.56%~0.75%。流量流出法校準(zhǔn)范圍為(5×10^-8~5×10^-2) Pa·m³/s，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.91%~1.50%。流導(dǎo)法校準(zhǔn)范圍為(5×10^-11~5×10^-6)Pa·m³/s，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.0%~1.6%。

1,24.恒溫箱;2,3,4,25,26.待校漏;5,6,7,8,28,29,30,33,35,37,40,42,43,46,49,50,
52,59,62,63,65,66,67,68,69.截止閥;9.分離規(guī);10.四極質(zhì)譜計(jì);11.上球室;12.限流孔;13,15,19,21,56.角;14,45.磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī);16.冷陰極規(guī);17.下球室;18,54.濺射離子泵;20,22,57.分子泵;23,58.機(jī)械泵;27,32,34,39,41,47,51,55,60.定容室各體積;31.差壓電容薄膜規(guī);36,61.針閥;38.流導(dǎo)小孔;44.標(biāo)準(zhǔn)體積;48,53.絕壓電容薄膜規(guī);64.壓力表;70,71,72.氣瓶。

圖1 定容法氣體微流量校準(zhǔn)裝置

2.2、定容法測(cè)量小孔流導(dǎo)的原理

　當(dāng)溫度恒定時(shí)，在分子流條件下，某一種氣體通過小孔流出，這時(shí)小孔的流導(dǎo)值是恒定的，可用下式計(jì)算

　(1)