[发明专利]一种极高真空校准装置及方法

权利要求书

1.一种极高真空校准装置，对被校仪器(16)进行校准，其特征在于，所述装置包括抽气室(8)、校准室(9)、稳压室(10)、限流小孔(11)、第一进样小孔(12)、第二进样小孔(13)、温度传感器、多个气瓶、抽气组件、阀门以及真空计；每个气瓶中装有一种校准气体，且各气瓶中的校准气体不同；

其中，所述被校仪器(16)与所述校准室(9)连接；

所述抽气室(8)与所述校准室(9)通过限流小孔(11)连接；

所述校准室(9)通过两路并连的管路与所述稳压室(10)连接；所述并联管路中的其中一路设有第一进样小孔(12)，另一路设有第二进样小孔(13)，第一进样小孔(12)流导值与极高真空范围适配，第二进样小孔(13)流导值与超高真空范围适配；

所述气瓶并联后通过阀门Ⅶ(37)与所述稳压室(10)、第一进样小孔(12)以及第二进样小孔(13)的并联管路连接；

所述校准室(9)以及所述稳压室(10)中均设有温度传感器；

所述抽气组件用于对抽气室(8)、校准室(9)、稳压室(10)和各连接管路进行抽气；

抽气室(8)和校准室(9)的抽气组件包括低温吸附泵(4)以及低温冷阱(36)；

所述低温冷阱(36)用于减小低温吸附泵(4)与低温吸附泵(4)腔室外界的热交换；

所述真空计用于对校准室(9)以及稳压室(10)内的压力进行监测。

2.如权利要求1所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述抽气组件包括干泵Ⅰ(1)、小分子泵Ⅱ(2)、大分子泵(3)、低温吸附泵(4)、干泵Ⅴ(5)、小分子泵Ⅵ(6)、非蒸散型吸气剂泵(7)以及低温冷阱(36)；

干泵Ⅰ(1)、小分子泵Ⅱ(2)以及大分子泵(3)联合对抽气室(8)进行抽气；

低温吸附泵(4)在低温冷阱(36)的低温下对抽气室(8)和校准室(9)同时进行抽气；

干泵Ⅴ(5)以及小分子泵Ⅵ(6)联合对稳压室(10)及稳压室(10)所在管路进行抽气；

非蒸散型吸气剂泵(7)用于对稳压室(10)进行抽气。

3.如权利要求2所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述低温吸附泵(4)通过串联的阀门Ⅲ(23)和阀门Ⅳ(24)与校准室(9)连接；通过串联的阀门Ⅲ(23)和阀门Ⅴ(25)与抽气室(8)连接。

4.如权利要求3所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述阀门Ⅲ(23)为插板阀。

5.如权利要求2所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述低温冷阱(36)为77K液氮低温冷阱。

6.如权利要求1所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述校准室(9)为的柱形容器，所述限流小孔(11)为直径10毫米量级的圆孔。

7.如权利要求1所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述抽气室(8)和校准室(9)的材料为不锈钢，内表面经过电化学抛光并镀有TiN薄膜。

8.如权利要求1所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述装置还包括烘烤系统，所述烘烤系统包围在抽气室和校准室以及管路外，对抽气室(8)、校准室(9)、各个管路以及各个阀门进行除气。

9.如权利要求1所述的一种极高真空校准装置，其特征在于，所述阀门Ⅶ(37)为微调阀。

10.一种极高真空校准方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一权利要求所述的一种极高真空校准装置，对被校仪器(16)进行校准，包括如下步骤：

步骤1，对抽气室(8)进行抽气，使得校准室(9)处于极高真空状态；

步骤2，打开第一进样小孔(12)以及第二进样小孔(13)管路上的阀门；对稳压室(10)以及稳压室(10)所在管路进行抽气，使得稳压室(10)以及稳压室(10)所在管路处于真空状态；

步骤3，根据被校仪器的当前校准压力，选择开启第一进样小孔(12)或者第二进样小孔(13)管路上的阀门，关闭另外一个；

步骤4，根据所需校准要求，选择其中一个气瓶的气体作为校准气体，选择一个气瓶，打开气瓶与所述稳压室(10)连接管路上的阀门Ⅶ(37)，充气一段时间后，关闭阀门Ⅶ(37)；

步骤5：当校准室压力达到动态平衡时，记录稳压室(10)的充气压力p_f、被校仪器(16)显示的压力值p_ind、校准室(9)的温度示值T_c以及稳压室(10)的温度示值T_f；

步骤6，计算充气压力P_f下的校准室的标准压力p_std：

其中，p_std——校准室的标准压力，单位为Pa；

Q_s——标准流量，单位为Pa·m³/s；标准流量Q_s通过进样小孔的流导值与充气压力p_f相乘获得；

C₀——限流小孔的分子流流导，单位为m³/s；

R_p——抽气室(8)和校准室(9)之间的返流比；

T_c——校准室气体温度，单位为K；

T_f——稳压室气体温度，单位为K；

采用标准压力p_std校准充气压力P_f下被校仪器(16)显示的压力值p_ind，完成对被校仪器(16)在标准压力p_std下的校准；

步骤7，重复步骤3-6，直至被校仪器的所有校准压力均被校准，完成对被校仪器(16)的校准。