小孔流導(dǎo)測量方法的分析

1、小孔流導(dǎo)測量方法的分析 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)。對于幾何形狀規(guī)則的小孔，可通過理論計算得到流導(dǎo)值;而對于幾何形狀不規(guī)則的小孔，只能通過實(shí)驗(yàn)的方法測量流導(dǎo)值。對于直徑僅有10m的小孔來說，通過實(shí)驗(yàn)測量小孔的流導(dǎo)值，可向真空系統(tǒng)提供已知的氣體流量，這對于氣體流量測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)的測量方法，測量小孔的流導(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)裝置分別測量了小孔的流導(dǎo)值。為了驗(yàn)證小孔流導(dǎo)測量的準(zhǔn)確性，在小孔一端分別充人氣體到達(dá)一定的壓力值，通過已測流導(dǎo)的小孔流

2、出，向真空系統(tǒng)提供一定的流量。同時測量同一只真空漏孔的漏率值，比較了2種測量方法的一致性，得到了比較滿意的測量結(jié)果。 2、定容法測量小孔流導(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、流量比較系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)和測量與控制系統(tǒng)4部分組成，如圖1所示。定容式流量計由定容室、壓力測量單元、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)采用了雙球形構(gòu)造，在球的赤道法蘭上裝有真空規(guī)、四極質(zhì)譜計、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

3、校準(zhǔn)裝置可采用流量流人法、流量流出法和流導(dǎo)法對氣體微流量開展校準(zhǔn)。流量流入法的校準(zhǔn)范圍為(510-8 510-3) Pam3/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(510-8510-2) Pam3/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(510-11510-6)Pam3/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;11

4、.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、定容法測量小孔流導(dǎo)的原理 當(dāng)溫度恒定時，在分子流條件下，某一種氣體通過小孔流出，這時小孔的流導(dǎo)值是恒定的，可用下式計算 (1) 式中c為小孔的流導(dǎo)，m3/s; Q為氣體通過孔的流量，Pam3/s; p、 p1，為分別為小孔兩側(cè)的氣體壓力，Pa。 當(dāng)孔兩側(cè)的氣體壓力P、P1之比大于1000倍時，P、P1之差可以用孔人氣口壓力P代替，可用133 Pa絕壓電容薄膜規(guī)測量。 當(dāng)用定容式流量計測量時，可用下式計算流量 （2） 式中V為定容室體積，m3，用已知標(biāo)準(zhǔn)體積，根據(jù)氣體膨脹原理測量;t為測量時間，s，用計算機(jī)的內(nèi)部時鐘測量。 將式 (2) 代人式(1)可得 （3） 邊界條件取t等于0時，p等于p