超高/極高真空校準研究進展
概述了在超高/極高真空校準方面的研究進展。介紹了采用分子束法、壓力衰減法、流導調制法以及分流法校準超高/極高真空規(guī)的原理、校準系統(tǒng)的結構及性能,并分析了它們的優(yōu)缺點。從中可以看出,近年來隨著真空材料處理技術、容器內表面處理技術和真空獲得技術的進展,在10-10Pa～10-8Pa 壓力范圍的超高/極高真空校準技術也取得了可喜的進展,校準系統(tǒng)的研制、維護成本日趨低廉,校準方法更為簡單,校準結果更為準確。
在我國超高真空(UHV) 定義為10-5Pa～10-9Pa的壓力范圍,極高真空(XHV)定義為低于10-9Pa 的壓力范圍。
UHV/XHV 測量在空間科學、真空表面分析、核聚變、高能加速器、真空微電子技術等方面具有廣泛的應用價值。UHV/XHV 規(guī)是超高/極高真空測量的主要工具,要得到準確的測量結果,就必須建立相應的真空校準系統(tǒng),對這些真空規(guī)進行精確校準,以保證UHV/XHV條件下應用的可靠性。目前,在10-5 Pa～10-7Pa 的超高真空范圍,主要工業(yè)國家的計量機構(如美國NIST、意大利IMGC、德國PTB、英國NPL、日本NIMJ、韓國KRISS、印度NPLI以及中國LIP和NIM等) 都建立了各類真空校準系統(tǒng),采用的校準方法主要有靜態(tài)膨脹法和動態(tài)流量法,并進行了各種雙邊和多邊國際比對,取得了較好的一致性。10-5Pa～10-7 Pa 的UHV 校準系統(tǒng)的原理趨于成熟,性能趨于穩(wěn)定,主要工作是不斷進行深入研究,進一步減小校準系統(tǒng)的測量不確定度。而在10-8Pa～10-10Pa的UHV/XHV范圍,早期只有美國和德國等少數(shù)國家建立了真空校準系統(tǒng),采用的校準方法主要有分子束法、壓力衰減法等。
近年來隨著真空材料處理技術、容器內表面處理技術和真空獲得技術的進展,UHV/XHV校準技術也取得了可喜進展,日本、中國等國家也先后建立了UHV/XHV校準裝置,德國又建立了新的UHV/ XHV 校準裝置,采用的校準方法主要有壓力衰減法、流導調制法、分流法等。本文將對10-8Pa～10-10Pa 的UHV/ XHV校準系統(tǒng)以及所采用的校準方法進行介紹。
1、UHV/XHV校準研究進展
1.1、分子束法UHV/XHV校準系統(tǒng)
分子束法是早期用于UHV/XHV校準的主要方法。分子束法的校準原理如圖1 所示,由克努曾(Knudsen)室、低溫室和校準室組成。
圖1 分子束法校準原理圖
詳細分節(jié)內容請參考：分子束法UHV/XHV校準系統(tǒng)結構與原理
1.2、壓力衰減法UHV/XHV校準系統(tǒng)
壓力衰減法是將氣體通過微調閥引入到超高真空室,再通過一分子流流導很小的小孔流入到XHV校準室,達到平衡時,用磁懸浮轉子規(guī)或電容薄膜規(guī)測量UHV 室中的較高壓力,通過計算得到XHV校準室中較低壓力。
詳細分節(jié)內容請參考：壓力衰減法UHV/XHV校準系統(tǒng)結構與原理
1.3、流導調制法UHV/XHV校準系統(tǒng)
流導調制法(CMM)實際上是一種動態(tài)流量法校準原理,但該方法可以補償由于泵自身的出氣引起的有效抽速S的下降,測量更精確,是一種基礎方法。
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1.4、分流法UHV/XHV校準系統(tǒng)
分流法是在動態(tài)流量法基本原理的基礎上提出的。由于氣體微流量計流量測量范圍和校準室極限真空度所限,動態(tài)流量法的校準下限一般在10-6Pa～10-7Pa之間。為了將真空規(guī)的校準下限延伸到XHV范圍,提出了流量分流法基本思想,即將已知流量氣體注入到分流室,再通過分流室上兩個流導相差很大的小孔將氣體流量分流到XHV校準室和UHV校準室,這樣很少部分流量流入XHV校準室,絕大部分流量流入UHV 校準室,從而延伸了校準下限,分流法是對動態(tài)流量法的發(fā)展。
詳細分節(jié)內容請參考：分流法UHV/XHV校準系統(tǒng)結構與原理
2、結束語
通過對超高/ 極高真空校準的回顧,可以看出,目前在10-5Pa～10-7Pa 的超高真空范圍,主要工業(yè)國家的計量機構都建立了各類真空校準系統(tǒng),采用的校準方法主要有靜態(tài)膨脹法和動態(tài)流量法,并進行了各種雙邊和多邊國際比對,取得了較好的一致性。近年來隨著真空材料處理技術、容器內表面處理技術和真空獲得技術的進展,在10-8Pa～10-10 Pa壓力范圍的UHV/XHV的校準技術也取得了可喜的進展,校準裝置的研制、維護成本日趨低廉,校準方法更為簡單,校準結果更為準確。目前,世界上已有美國NASA、德國PTB、日本NIMJ(原ETL)和ULVAC、中國LIP等國家的計量機構建立了10-8Pa～10-10Pa 壓力范圍的UHV/XHV 校準系統(tǒng),校準方法有分子束法、分流法、壓力衰減法、流導調制法等。相比之下,中國LIP的校準裝置由于采用室溫抽氣手段,所以研制、維護成本更為低廉。
