气体微流量测量技术的发展

　　随着真空校准技术的发展，需要测量气体微流量，提出了气体微流量计的研制，进而建立气体微流量标准，用于真空漏孔和正压漏孔的校准，这已成为真空计量研究的重要内容。

　　根据气体状态方程，一定质量的气体，其状态由压力、体积和温度三个参量来描述。一般用处于平衡状态的理想气体所占有的体积和其压力的乘积表示气体量，同时气体量需要注明气体温度或换算成 23℃时的数值。气体流量则是单位时间内通过某一截面的气体量，其状态由压力、体积和时间三个参量来描述。气体流量的测量有三种方法，若气体压力保持不变，通过改变气体体积的测量方法，则为恒压法;若体积保持不变，通过改变压力的测量方法，则为定容法;若压力和体积都在变化，则为变压变容法。

　　由此可知，根据流量测量的方法，可分为恒压式流量计、定容式流量计和变压变容式流量计。变压变容式流量计的结构复杂，控制难度大，实际应用的较少，一般采用恒压式流量计和定容式流量计。

　　虽然国内外对气体微流量测量的研究起步相对较晚，随着理论研究的深入，实践经验的积累，对气体微流量测量的难度和存在的问题有了更具体和更深刻的认识，通过不断地改进和完善，使气体微流量测量技术不断得到发展。

　　1 国外发展概况

　　国际上很多国家对气体微流量计的研究方面已经取得了很大的发展，相继研制了几代气体微流量计，例如，有美国国家标准技术研究院(NIST)， 德国物理技术研究 院 (PTB)， 日 本(NMIJ)，意大利国家计量研究所(IMGC)和韩国标准科学研究院(KRISS)等真空校准实验室。

　　1.1 美国国家标准技术研究院(NIST)

　　美国国家标准技术研究院(NIST)先后研制了两代恒压式气体微流量计^[1]。1978 年 McCulloh等人研制了第一代滑动密封活塞式流量计，如图1 所示。变容室是一个内装活塞的金属圆筒，两者之间采用了双 L 型截面聚四氟乙烯密封环垫，环垫外再套“O”圈以给其压紧力，并用波纹管把活塞密封在圆筒中，使其不与大气接触，这种结构解决了漏放气问题，如图 2 所示。差压规接在变容室和参考室之间，充气时旁通阀门打开，使两室压力相等。当测量流量时关掉旁通阀，变容室气体流入校准室，其压力下降，差压规产生非零输出，推进活塞以减小变容室体积，以补偿变容室中压力下降，使差压规保持近于零的输出，维持变容室中压力不变。两根活塞的直径分别为2.54 cm 和 1 cm，相互可以独立使用，以扩展流量的测量范围。其测量量程为 2×10^{- 3}~2 ×10^{- 8}Pa·m³/s ，不确定度小于 2 . 16 % 。