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        低压力下复杂结构真空容器容积比的测量方法研究

        来源真空技术网www.ismp.tw兰州空间技术物理研究所作者吉康

        真空容器容积比的测量方法通常有称重法和静态膨胀法目前复杂结构真空容器容积比主要是在较高的压力下通过气体静态膨胀进行测量但当膨胀压力低于10-2Pa ?#20445;?#30495;空容器器壁的放气会对容积比的测量带来很大的影响为了确保在膨胀前后气体量不改变即减小在低压力下真空容器的放气对测量的影响提出了利用非蒸散性吸气泵选择性抽气的特性结合静态膨胀法利用惰性气体氩气(Ar)氦气(He)来测量真空容器的容积比

        引言

        复杂结构真空容器容积比的测量广泛应用于真空计量领域例如真空检漏技术高精度真空标准压力的产生气体微流量测量校?#25216;?#26415;等这些技术都应用于航空航天制冷高能物理等领域使用称重法等对容积比进行测量?#20445;?#36890;过测量容器装满液体(通常为水)前后的质量来测量容积比但由于液体中的气泡和阀门死空间的影响使得容积比的测量不够准确对复杂结构的真空容器来说由此引起的不确定度更大使用静态膨胀法对容积比进行测量?#20445;?#36890;常是在高压力的条件下测量真空容器容积比为了保证真空容器容积比的测量结果的准确性需要考虑真空容器器壁放气对测量结果的影响

        在低压力的条件下测量真空容器容积比会受到器壁放气的严重影响文章提出利用非蒸散型吸气泵具有选择性抽气的特性采用惰性气体作为实验膨胀气体在低压力下对复杂结构真空容器容积比用静态膨胀法进行了精确测量研究

        1测量原理

        静态膨胀法最早是1910 年由Knudsen提出的作为真空标准静态膨胀法是基于波意尔一马略特定律当一定质量的气体在温度保持不变?#20445;?#20854;压力和体积的乘积保持不变即式(1)

        低压力下复杂结构真空容器容积比的测量方法研究

        式?#26657;P 为压力PaV 为体积m3在静态膨胀法?#26657;?#23558;起始压力为P0的高压力气体?#26377;?#23481;器v 膨胀到?#35328;?#20808;抽空的大容器?#26657;?#36890;过压力衰减得到大容器V 中的气体压力P1用式(2)表示

        低压力下复杂结构真空容器容积比的测量方法研究

        起始压力P0在膨胀过程中的衰减率为初态和终态容积之比v/v +V即RV运用静态膨胀法公式计算膨胀后在大容器内产生气体的标准压力?#20445;?#38656;要精确测量容积比实验装置的结构原理如图1所示主要由抽气泵组标准容器VC0待测容器VC1气源(GAS)非蒸散型吸气泵(NEGP)磁悬浮真空计(SRG)和真空阀门等组成

        真空容器容积比测量原理结构图

        图1 真空容器容积比测量原理结构图

        利用静态膨胀法测量真空容器容积的原理基于理想气体的状态方程

        低压力下复杂结构真空容器容积比的测量方法研究

        由理想气体的状态方程可得两个真空容器的容积比RV 通过式(4)计算

        低压力下复杂结构真空容器容积比的测量方法研究

        式?#26657;?RV 为被测容器与标准容器的容积比P1 和P2 分别为膨胀前后的压力PaT1 和T2 分别为膨胀前后的气体温度Kn1 和n2 分别为膨胀前后的气体摩尔数mol使用静态膨胀法测量容器容积比为了确保式(4)中的n1/n2=1即膨胀前后气体量不变主要存在漏气和容器器壁放气两大因数在全金属真空?#20302;?#20013;漏气很容易消除但是器壁放气却很?#20005;?#38500;

        所以低压力环境中测量容器容积比存在最大的因素就是器壁放气对测量结果的影响在VC0 真空容器中连接一台非蒸散型吸气剂泵(NEGP)利用NEGP吸收器壁的放气采用HeAr作为实验气体然后进行容器容积比的测量

        为达到式(4)中的T1/T2=1采用铂电阻温度计进行温度测量为了消除环境温度波动对实验结果带来的影响在实验开始前的24 h打开实验设备(例如分子泵)同时打开实验室温控设备并设定温度23° C记录铂电阻温度计的温度波动小于0.2 °C/h开始实验真空技术网http://www.ismp.tw/认为这为磁悬浮转子真空计的使用提供了较好实验条件同时也是在低压力下容积比准确测量的前提条件

        5结论

        文章提出了一种利用非蒸散性吸气泵选择性抽速的特点用在低压力条件下对真空容器容积比测量的方法完成了在10-2Pa量级的条件下进行容积比的测量解决了在低压力环境中器壁放气对测量带来的问题

        研究结果证实该方法可以成功的应用在静态气体膨胀实验的校准之?#23567;?#20026;在低压力条件下对真空容器容积比的测量提供了参考合成标准不确定度为2.1%

        低压力下复杂结构真空容器容积比的测量方法研究为真空技术网首发转载请以链?#26377;?#24335;标明本文首发网址

        http://www.ismp.tw/engineering/037075.html

        与 真空基础 真空容器 相关的文?#34385;?#38405;读

        真空基础http://www.ismp.tw/engineering/

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