[發明專利]一種容積替代法真空腔體容積測試系統及其測試方法

在審

• 申請號: 202010300278.6
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111473833A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 楊傳森;吳端;陳靜;梁明超;柏向春;延峰;閆睿;盧耀文
• 申請（專利權）人: 北京東方計量測試研究所
• 主分類號: G01F17/00
• 分類號: G01F17/00
• 代理公司: 北京善任知識產權代理有限公司 11650
• 代理人: 王大方

1.一種容積替代法真空腔體容積測試系統，其特征在于，包括兩個真空室(Vch、Vtest)、兩個真空計(G1，G2)、機械泵(RP)、分子泵(TMP)、五個真空閥門(V1，V2，V3，V4，V5)、一個氣體流量控制器(MFM)、一個減壓閥門(V6)、一個氮氣瓶和一個恒溫箱(CTB)；

其中，所述機械泵(RP)分別與第一真空閥門(V1)的一端和分子泵(TMP)的抽氣出口連接，第一真空閥門(V1)的另一端分別與第一真空計(G1)和第一真空室(Vch)連接，分子泵TMP的抽氣入口與第二真空閥門(V2)的一端連接，第二真空閥門(V2)的另一端與第一真空室(Vch)連接，氮氣瓶通過減壓閥門(V6)與流量控制器(MFM)的一端連接，流量控制器(MFM)的另一端通過第三真空閥門(V3)與第一真空室(Vch)連接，第四真空閥門(V4)作為第一真空室(Vch)的進樣閥門用于標準體積(Vst)的置入和取出，第二真空計(G2)與第五真空閥門(V5)的一端與第一真空室(Vch)連接，第五真空閥門(V5)的另一端與第二真空室(Vtest)連接。

2.根據權利要求1所述的一種容積替代法真空腔體容積測試系統，其特征在于，所述第一真空室(Vch)，以及與其連接的法蘭接頭均采用高精度機床加工，加工過程采用超高真空處理包括清洗、高溫退火、鍍膜，使用期間定期進行整體烘烤除氣處理，烘烤溫度設為150℃，樣品測量時，恒溫箱CTB溫度設定為23±1.0℃。

3.根據權利要求1所述的一種容積替代法真空腔體容積測試系統，其特征在于，所述第一真空計(G1)是作為監測真空計的滿量程為1000Torr的全量程真空計，第二真空計(G2)為1000Torr高精度電容薄膜真空計。

4.根據權利要求1所述的一種容積替代法真空腔體容積測試系統，其特征在于，所述標準體積(Vst)是精密加工的不銹鋼金屬棒，且通過計量機構計量，對其長度、直徑進行計量的到其體積值，其標準體積的不確定度小于0.1％。

5.一種基于權利要求1至4任一項所述的容積替代法真空腔體容積測試系統的測試方法，其特征在于，具體包含如下步驟：

步驟1，將被測第二真空室(Vtest)通過第五真空閥門(V5)與第一真空室(Vch)連接，打開第二真空計(G2)，預熱12小時；

步驟2，保持恒溫箱溫度為23±1.0℃，依次打開監測第一真空計(G1)、機械泵(RP1)、第一真空閥門(V1)、第五真空閥門(V5)對系統抽真空；當監測第一真空計(G1)的示數小于10Pa時，關閉第一真空閥門V1，依次打開分子泵(TMP)、第二真空閥門(V2)，對測試系統抽真空；

步驟3，監測第一真空計(G1)示數小于1×10-4Pa時，關閉第二真空閥門(V2)、第三真空閥門(V3)、第五真空閥門(V5)，通過流量控制器(MFM)向第一真空室(Vch)充入一定量的的氮氣后關閉第三真空閥門(V3)，用第二真空計(G2)測量第一真空室(Vch)的真空度，計為p₁；打開第五真空閥門(V5)，使氣體膨脹大被測第二真空室(Vtest)，待第二真空計(G2)示數穩定后，讀取示數，計為p₂；

步驟4，測試系統充氣后，打開進樣第四真空閥門(V4)，將經清洗、干燥處理后的標準體積(Vst)放入第一真空室(Vch)，依次打開監測第一真空計(G1)、機械泵(RP1)、第一真空閥門(V1)、第五真空閥門(V5)對系統抽真空；當監測第一真空計(G1)的示數小于10Pa時，關閉第一真空閥門(V1)，依次打開分子泵(TMP)、第二真空閥門(V2)，對測試系統抽真空；

步驟5，、監測第一真空計(G1)示數小于1×10-4Pa時，關閉第二真空閥門(V2)、第三真空閥門(V3)、第五真空閥門(V5)，通過流量控制器(MFM)向第一真空室(Vch)充入一定量的的氮氣后關閉第三真空閥門(V3)，用第二真空計(G2)測量第一真空室(Vch)的真空度，計為p₃；

打開第五真空閥門(V5)，使氣體膨脹大被測第二真空室(Vtest)，待第二真空計(G2)示數穩定后，讀取示數，計為p₄；

步驟6，根據以下公式計算被測真空室的體積V_test：

其中，V_st為標準體積的體積。

步驟7，重復步驟2至步驟5，重復測量5次，取平均值作為被測真空室容積V_test的測量值。