[发明专利]一种真空计快速动态真空校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空计的动态校准技术领域，尤其涉及一种快速动态真空校准方法。

背景技术

真空校准装置用于为真空计提供标准压力。目前用于粗低真空范围测量的真空计的响应时间已经达到几十毫秒，而常用的静态膨胀法真空校准装置的标准压力建立时间通常大于30s，显然不能满足上述真空计的动态校准需求。

文献“Dynamic vacuum measurement by an optical interferometric technique，’Measurement Science and Technology’第25卷、2014年、第1页～7页”，介绍了意大利INRIM建立的基于迈克尔逊光学干涉仪的动态真空校准装置，该文献提出通过测量真空度和温度引起的折射系数变化反演动态真空量值的快速变化，实现范围100Pa～100kPa的动态真空校准。

采用该方法的优点在于其利用了光学干涉法响应快、灵敏度高、非接触性等优点，测量得到动态真空校准的标准压力，但由于该装置采用的蝶阀控制该系统的动态膨胀过程，此外，由于要将迈克尔逊光学干涉仪置于上游室内，导致上游室容积较大(约2L)，且为保证足够小的容积比(约0.0025)，下游室容积也较大(约800L)，阀门开合时间较长、系统体积过大以及稀薄气体复杂的动力学特性、真空度与温度耦合性等原因，该装置的标准压力建立时间最短仍达到了3s，仍难以满足毫秒级动态真空校准的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种快速动态真空校准方法，实现ms量级的动态真空校准。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种真空计动态真空校准方法，将采用静态膨胀法的真空校准装置中的上游室和下游室之间的真空阀门替换为超高真空插板阀，形成动态真空校准装置；

该方法具体包括如下步骤：

步骤一、将被校真空计连接至所述动态真空校准装置中的上游室；根据被校真空计响应时间确定是否安装以及安装何种流导参数的限流元件；被校真空计的响应时间越长，选用的限流元件的流导越小；不安装限流元件时，能够获得最短建立时间的标准压力；

步骤二、通过抽气机组连续抽气上游室、下游室至所需本底压力；打开动态真空校准装置中的被校真空计和各测量用真空计，进行稳定和调零；

步骤三、关闭超高真空插板阀，向上游室充入校准气体，直至达到初始压力p₁₀；p₁₀为被校真空计动态校准范围的上限值；

步骤四、打开超高真空插板阀，开始快速膨胀的动态真空校准过程，利用数据采集系统采集被校真空计的示值以及上游室和下游室的真空度，当下游室的真空度达到p₁₀·α时，完成校准，其中α为上游室与下游室的容积比；

步骤五、依据公式计算动态真空校准标准压力p_std，绘制出p_std随时间t变化的动态真空校准标准压力曲线；

p_std＝p₁₀exp(-t/τ)(1)

式(1)中，τ为时间常数：

式(2)中，V₁为上游室容积；当连接有限流元件时，C(t)为t时刻相应流动状态下对应的超高真空插板阀和限流元件串联真空流导，当未连接限流元件时，C(t)为t时刻相应流动状态下对应的超高真空插板阀的真空流导；该C(t)是预先通过试验获得的；

步骤六、将步骤四采集的被校真空计的示值，按照时间t绘制到动态真空校准标准压力曲线中，得到被校真空计与标准压力之间的偏差，即校准结果。

优选地，C(t)的获取方式为：

将快速膨胀过程中气体流动状态划分为多个阶段状态；

建立所述动态真空校准装置的仿真模型，通过仿真获得不同时间t的流导C；针对每个阶段状态利用符合这段特点的关系式建立C和t的关系模型；将各关系模型进行拟合形成拟合关系模型，即为C(t)。

优选地，C(t)的获取方式为：

将快速膨胀过程中气体流动状态划分为多个状态阶段；

建立所述动态真空校准装置的仿真模型，通过仿真获得不同时间t的流导C；针对每个状态阶段，利用符合这段特点的关系式建立该状态阶段的C和t的关系模型；

使用时，利用上游室的压力计算克努曾数K_n，利用克努曾数K_n判断当前所属的状态阶段，选用符合当前状态阶段的关系模型。