[发明专利]基于标准压力测量的电离真空计和质谱计校准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种基于标准压力测量的电离真空计和质谱计在线校准装置及方法，校准范围为(10^-2～10^-9)Pa。

背景技术

一个真空系统中最主要的参数就是真空度，电离真空计测量的真空系统的总压力反应的是真空的数量方面，而质谱计测得的分压力既有数量方面，更重要的是反映真的质量方面。在实际应用中，真空计或质谱计的性能会因为使用时间，工作条件而发生不可预期的变化，导致仪器的灵敏度产生变化，因此，在应用于实际的真空系统中时，必须要对真空计和质谱计进行校准。

目前，国内外校准电离真空计和质谱计的方法较多，主要分为直接比较法和动态流导法，但两种方法的测量不确定度大，校准装置比较复杂，难以搬运，无法对真空计和质谱计进行现场在线校准，且校准范围窄，校准范围难以向下延伸。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于标准压力测量的电离真空计和质谱计在线校准装置及方法，校准装置结构简单；校准方法的压力校准范围宽，测量不确定度小。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

本发明的一种基于标准压力测量的电离真空计和质谱计在线校准装置，包括标样气体瓶(1)、抽气机组(2)、微调阀(3)、上游室(4)、电容薄膜真空计(5)、第一截止阀(6)、固定流导元件(7)、校准室(8)、干泵(9)、无油双涡轮分子泵抽气机组(10)、插板阀(11)、电离真空计(12)、第二截止阀(13) 以及质谱计(14)；

所述标样气体瓶(1)的出气口与上游室(4)的进气口之间串接微调阀(3)，上游室(4)通过第一截止阀(6)与抽气机组(2)的抽气通道连接；上游室(4) 还设置电容薄膜真空计(5)；上游室(4)通过固定流导元件(7)与校准室(8) 联通；所述无油双涡轮分子泵抽气机组(10)与干泵(9)串联后通过连接管道对校准室(8)抽气，校准室(8)与无油双涡轮分子泵抽气机组(10)的连接管道上安装带有限流小孔的插板阀(11)；所述校准室(8)上设置有电离真空计(12)，并通过第二截止阀(13)连接质谱计(14)。

本发明的一种基于标准压力测量的电离真空计和质谱计在线校准装置的校准方法，包括如下步骤：

步骤1、关闭微调阀(3)，打开第一截止阀(6)和插板阀(11)，启动抽气机组(2)以及干泵(9)和无油双涡轮分子泵抽气机组(10)，将校准室(8)和上游室(4)抽至极限真空，校准室(8)中的压力由电离真空计(12)测量，其值记为p′_o，打开第二截止阀(13)，记录质谱计(14)的离子流I₀；

步骤2、关闭第一截止阀(6)，打开微调阀(3)，将标样气体瓶(1)中的标样气体充到上游室(4)中，且保证上游室(4)中的压力小于10⁴Pa；然后关闭微调阀(3)，气体流向校准室(8)中，上游室(4)和校准室(8)的压力达到动态平衡时，校准室(8)中的压力由电离真空计(12)测量，其值记为p_o，同时记录质谱计(14)的离子流I；电容薄膜真空计(5)记录上游室(4)的压力，记为p_R；

步骤3、关闭插板阀(11)，利用抽气机组(2)、干泵(9)和无油双涡轮分子泵抽气机组(10)将校准室(8)和上游室(4)抽至极限真空，校准室(8) 中的压力由电离真空计(12)测量，其值记为p_c′，记录质谱计(14)的离子流I′₀；

步骤4、关闭第一截止阀(6)，打开微调阀(3)，将气体瓶 (1)中与步骤2 中相同种类及相同压力的标样气体充入上游室(4)中，关闭微调阀(3)，上游室(4)和校准室(8)的压力达到动态平衡时，校准室(8)中的压力由电离真空计(12)测量，压力记为p_c；同时记录质谱计(14)的离子流I′；

步骤5、校准过程：

插板阀(11)开启状态下,计算校准室(8)中的标准压力为p_s：

其中，S_eff为插板阀(11)打开状态下的有效抽速；

Δp_c＝p_c-p′_c，Δp_o＝p_o-p′_o；C_ori为固定流导元件(7)的流导值；