定容式流導(dǎo)法微流量校準(zhǔn)裝置

2009-07-31 張滌新 蘭州物理研究所

  在航天工程中要對衛(wèi)星、火箭、飛船、地面設(shè)備等有密封要求的整體、分系統(tǒng)、零部件的泄漏狀況進(jìn)行檢測,以保證其密封性能。

  空間環(huán)模設(shè)備、高能加速器、核輻射物理實驗裝置、等離子體物理實驗裝置、受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置需要進(jìn)行檢漏,如漏率超過允許范圍,則無法正常工作。

  在民用工業(yè)中,如電子工業(yè)中的半導(dǎo)體元件、集成電路,計算機(jī)芯片的生產(chǎn)工藝中,要對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行檢漏,以保證在真空條件下完成某些工藝過程。

  檢漏不僅要知道漏孔的位置,而且還要知道漏率的大小,采用真空漏孔標(biāo)定檢漏儀,需要研制氣體微流量校準(zhǔn)裝置[1~9],對真空漏孔進(jìn)行校準(zhǔn)[10~16],以滿足對微小流量的校準(zhǔn)需求。

  為了解決微小流量的測量問題,研制了定容式流導(dǎo)法微流量校準(zhǔn)裝置,在定容式流量計中采用多個定容室容積,壓力測量用電容薄膜規(guī)和磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī),不僅拓寬了測量范圍,而且延伸了測量下限,可用于微小流量的測量。

1、校準(zhǔn)裝置

1.1、校準(zhǔn)裝置的組成

  圖1是定容式氣體微流量校準(zhǔn)裝置,由定容式流量計、流量比較系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)四部分組成。

  定容式流量計由定容室、截止閥、針閥、電容薄膜規(guī)、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)、抽氣機(jī)組、供氣系統(tǒng)等組成。流量比校系統(tǒng)由上球室、下球室、小孔板、四極質(zhì)譜計、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)、冷規(guī)等組成。

  定容式流量計和流導(dǎo)法用于產(chǎn)生(或測量)標(biāo)準(zhǔn)流量,可采用流量流入法、流量流出法和流量比較法對氣體微流量進(jìn)行校準(zhǔn),如圖2所示。

1.2、流量比較系統(tǒng)

  流量比較系統(tǒng)采用了雙球形結(jié)構(gòu),球的直徑為φ350mm,可承受250℃的高溫烘烤,極限真空度為5× 10-8pa。在上球室與下球室之間有一個小孔板,小孔的直徑約11mm,對氮氣的流導(dǎo)約10L/s。上球室用于氣體流量的比較測量,也稱為流量比較室。在上球室接有真空規(guī)、四極質(zhì)譜計、磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)等,在下球室接有磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī),真空系統(tǒng)壓力監(jiān)測規(guī)等,也稱為抽氣室。

  流量比較法將待校流量和標(biāo)準(zhǔn)流量分別從上球室的頂部引入,通過一散流板使氣體分子散射后進(jìn)入上球室中,通過小孔進(jìn)入下球室被分子泵抽出,在上球室中產(chǎn)生的動態(tài)平衡壓力,可用真空規(guī)或四極質(zhì)譜計測量,然后計算出待校流量。

1.3、真空抽氣系統(tǒng)

  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,按無油超高真空抽氣系統(tǒng)設(shè)計。

  在抽氣系統(tǒng)的設(shè)計中,為了獲得較高的真空度,采用雙級分子泵串聯(lián)抽氣,可在上球室中獲得10-8pa極限真空度。

  定容式流量計的真空抽氣系統(tǒng)采用FB110分子泵作為主抽泵,日本真空株式會社生產(chǎn)的135L/min機(jī)械泵作為前級泵,用于定容室的抽氣,可獲得小于10-5pa的極限真空度。

  定容室與配氣系統(tǒng)相連接,可在定容室中充入所要求的壓力,向外提供標(biāo)準(zhǔn)流量。

1.4 、測量與控制系統(tǒng)

  根據(jù)定容式流量計和流導(dǎo)法的工作要求,測量與控制系統(tǒng)具有如下的功能。

  (1)按所需測量范圍選定工作后,測控過程實現(xiàn)了自動測量,自動存貯和處理測量數(shù)據(jù),并給出測量結(jié)果。

  (2)采用頁標(biāo)簽技術(shù),簡單明了,易用易學(xué),交互性好,實現(xiàn)了所見即所得。

 。3)將工作原理圖集成到操作軟件中,有利于真空系統(tǒng)的操作運行。

 。4)測控軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法,層次分明、注釋完整、調(diào)試維護(hù)簡單,便于修改和進(jìn)行二次開發(fā);采用圖形化的編程方式,程

序按動畫運行,提供了動態(tài)曲線顯示界面和數(shù)顯界面,可滿足各種實驗和數(shù)據(jù)分析的需要。

  (5)利用32位的編譯器編譯生成"#位的可執(zhí)行程序,保證了數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行;采用數(shù)字濾波技術(shù),有效地避免數(shù)據(jù)采集錯誤;提供了DAQ、GPIB、PXI、RS-232/485在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展接口,能夠滿足軟、硬件升級的需要。