电容薄膜规热流逸效应修正方法研究

　　CDG的测量下限主要取决于分辨率和零点稳定性,而温度的变化会对零点稳定性产生较大的影响。为了改善CDG的零点稳定性能,减少外界温度变化对测量的影响,使用中,通常将传感器恒温控制在45℃。这时,传感器所在的测量室与被测容器(温度一般为23±3℃)产生较大的温差,从而产生了热流逸效应,这使CDG的传感器不能精确反映校准室的实际压强[1]。

　　假定CDG连接在一个校准容器上,连接管道的直径为d。当系统内的压强处于稳态时,CDG测量室内的气体压强为P1,温度为T1;校准室内的气体压强为P2,温度为T2。当压强较高时,气体分子的平均自由程-λ远远小于d,系统内气体分子处于粘滞流状态。当两室之间的气体压强处于平衡状态时,两室中虽然温度不同,但压强值相等,即

　　当压强较低时,气体分子的平均自由程-λ远远大于d,系统内气体分子处于自由分子流状态。当平衡时,分子穿越两室的几率相等,则

　　Rk称为克努曾值,由此可见,在低压强下,相连两室的温度不同导致压强不同,这种现象即为CDG的热流逸现象[2]。

　　当压强适中时,系统内气体分子处于过渡流(克努曾流)状态,热流逸效应使得介于1和值之间,即

　　为了确定这一范围内压强比的准确值,国外很多学者进行过研究,本文也对此加以探讨。本文定义为CDG的校准因子,即CDG的示值压强除以校准室里的标准压强,标准压强的测量和计算均根据文献[3]进行了温度修正。

　　1　实验部分

　　所有试验在一台静态膨胀式真空校准装置上进行,装置工作原理图如图1所示。该装置通过直接比对以及一至三级膨胀,可以产生10-5Pa~105Pa的压强,最佳校准范围为10-4Pa~104Pa。直接比对法是将校准室17、18抽至某一本底压强后,把石英规的测试口与17或18或17加18连通,关闭抽气阀门,通过放气阀向校准室注入气体,用石英规作为标准进行校准,石英规的最佳量程为20kPa~100kPa。一级膨胀法是将气体从3或5膨胀到17或18,压由初始值衰减10-2(或10-3)倍。二级膨胀法是将气体在一级膨胀的基础上,由二级取样小容器8或12在17或18中取样,向另一大容器18或17膨胀,初始压强衰减10-4~10-6倍。三级膨胀法是将气体在一级膨胀的基础上,由二级取样小容器8或12在17或18中取样,然后将8或12隔离起来,将17或18抽空后再封闭起来,用8或12中的气体再次向17或18膨胀,最后用取样小容器8或12在17或18中取样,向另一大容器18或17膨胀,初始压强衰减10-6~10-9倍[4-6]。实验用2·26×10-2Pa~2·88×102Pa的压强通过一级膨胀和二级膨胀即可得到。

　　将MKS公司生产的两只满量程133·33Pa的绝压式电容薄膜规(ACDG)和一只满量程1333·3Pa的ACDG连接到校准室1上,连接管道内径为d=4·76mm。实验气体是纯度为99·99%的N2、Ar和He。