正压漏孔校准装置定容室容积测量方法研究

    1　引　言

    随着科学技术的进步,正压检漏技术在航天、航空、电子工业、核工业等领域的应用越来越广泛[1]。在正压检漏中都要用正压标准漏孔来校准检漏仪器的灵敏度和对检出漏孔进行定量,因此正压标准漏孔必须进行校准,其校准结果的准确性将直接影响到检漏的质量。

    正压漏孔校准一般采用定容法、定量气体法和恒压法等三种方法,不管采用哪种方法,其相应的校准装置的定容室都有一个共同要求,即定容室的容积应小于10 mL,这样就可以减小累计时间,提高校准效率和校准精度,同时克服温度波动对漏孔漏率的影响,实现校准下限的延伸[2, 3]。所以正压漏孔校准装置定容室的设计和测量是设计者着重考虑的一个问题。

    一般情况下,定容室的容积采用两种方法来测量,即直接计量法和标准容积膨胀法,都有较好的适用性。但对于正压漏孔校准装置而言,由于其定容室的结构复杂,直接送计量部分计量时,其计量状态和使用状态的实际容积并不完全相同,无法实现精确计量。当采用第二种方法时,需要提供一个容积约为10 mL的标准容积,而且还要带安装接头。目前,这种大小的标准容积计量精度不高。所以,采用以上两种方法尚不能精确测量定容室的容积[4, 5]。

    鉴于以上问题,本文提出了一种新的容积测量方法,即在定容室上外接一个容积约为定容室容积1. 5倍的容器,利用一个可精密计量其体积的圆柱金属棒作为标准体积,通过膨胀法计算定容室的容积。我们曾在膨胀法真空标准的研制中,提出内置法来测量膨胀室的容积,即在真空膨胀室内放置标准体积。但是,正压漏孔校准装置的定容室容积很小,无法实现内置体积。所以,我们额外增加一个外接容器用于内置标准体积,是内置法的一个扩展方法。根据这个方法,我们在一台恒压式正压漏孔校准装置上开展了相关实验,并取得了理想的测量结果[6]。

    2　测量方法

    采用了恒压式正压漏孔校准装置来开展研究工作,其原理图如图1所示,当然这种测量方法也适用于其它原理的正压漏孔校准装置。

    恒压式正压漏孔校准装置由供气和稳压系统,抽气系统、校准系统、恒温系统等四部分组成,可以用定容法和恒压法实现正压漏孔的校准,其技术指标为,校准范围(4×10-7~5×10-5)Pa·m3/s,校准不确定度小于5%。其中定容室容积的指标为小于10 mL,是校准装置的一个关键设计指标。关于校准装置的详细设计这里不再介绍,可参考相关文献[5]。

    本文的主要研究内容就是精确测量定容室28的容积,可以看到,定容室上连接了活塞27、正压标准漏孔21、差压式电容薄膜规29以及抽气和供气接口23,结构复杂,不适合直接送检计量。同时,定容室实际上是由一些金属管路组成,其内径仅为4.2 mm,无法再内置标准体积。另一方面,我们也采用了标准容积16,通过逐级膨胀的方法测量定容室容积,但由于标准容积和定容室的容积相差了约10倍,测量结果并不理想。