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术语定义

因为这些术语在日常使用中常会引起混淆,所以,我们要先明确一下这些术语的定义: 

调整

调整或调谐是指正确地设置仪器。举例来说,在 THERMOVAC 中设置真空度(零)和大气压,或在氦检漏仪中将质谱仪设置为质量数 4。

校准检验

校准检验是指由经过特别授权的人员(标准局)按照特定法规,将被校准件与标准件进行比较的过程。有时也称为工厂校准。如果定期检查结果为合格,则会通过使用从外部可见的贴纸或铅封,为仪表授予具有特定期限的使用许可(例如三年)。如果结果为不合格,则应停止使用仪表。 

校准

校准是指由经过特别授权的人员(校准机构)按照特定法规,将被校准件与标准件进行比较的过程。此程序的结果是出具一份校准证书,上面指明被校准仪器的读数与标准件读数的偏差。这种校准工作由校准机构执行。您可能会提出疑问,标准件的情况如何,它们又是在哪里校准的。这种标准件由德国校准服务局 (DKD) 的校准机构进行校准。德国校准服务局是德联邦物理技术研究所 (PTB) 的下属机构。该局的职能是确保工业测量中使用的测量和测试设备符合官方标准。PTB 已将 DKD 负责的真空计校准和泄漏检测工作分配给了 Leybold 莱宝以及其他几家公司。因此,Leybold 莱宝以及这些公司要根据 DIN 28 418 标准安装所需的校准泵台架,然后由 PTB 进行检查和验收。DKD 机构的标准件,也被称为传递标准件(参考真空计),直接由 PTB 定期进行校准。所有品牌的真空计均由位于科隆的 Leybold 莱宝秉承公正的原则进行校准,然后会签发 DKD 校准证书并随附与校准有关的所有特性数据。 

德联邦物理技术研究所的标准件被称为国家标准件。在校准时,为了保证足够的测量准确度或尽量减少测量不确定性,PTB 主要通过应用基本方法进行测量。举例来说,这意味着通过测量力和面积来描述校准压力,或者严格按照物理定律来抽空气体。标准仪器每年送至上一级校准机构(PTB 为最高机构)进行重新校准,此重新校准链被称为“重置为国家标准件”。在其他国家和地区,相应的国家标准机构也会采用与德联邦物理技术研究所 (PTB) 类似的方法。图 3.17 显示了 PTB 的压力表。DIN 标准 (DIN 28 416) 和 ISO 提议中规定了校准指南。  

图 3.17 柏林德联邦物理技术研究所 (PTB) 的压力表:氮气压力表

基本压力测量方法示例(真空计标准校准方法) 

a) 使用参考真空计测量压力 

电容式膜片真空计就属于这种仪表,这种真空计的参考仪表可达到精确至 10-4mbar 的超高精确度(请参阅“直接压力测量”页面)。在更高的真空度范围,通常会使用 SRG 和热阴极真空计作为参考仪表(请参阅“间接压力测量”页面)。

b) 产生一个已知压力;静态膨胀法

基于参数 p、V 和 T 完全已知的某种数量的气体 – p 位于参考真空计(如 U 形管或 McLeod 真空计)的量程以内 – 通过分成若干阶段进行膨胀,可在电离真空计的工作范围内达到更低的压力。 

如果体积为 V1 的气体被膨胀到体积 (V1+ V2),然后又从 V2 膨胀到 (V2+ V3) 等,则膨胀 n 个阶段后,将得到:

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

(3.7)

p1 = 直接测量的初始压力,单位为 mbar 

pn = 校准压力 

这里必须要尽可能准确地知道体积值(见图 3.18),温度必须保持恒定。该方法要求所用仪器保持非常干净,并达到满足以下条件的压力限值:解吸或吸附效应所能导致的气体数量变化要超过许可的误差限值。根据经验,该下限值约为 5 · 10-7 mbar。这种方法称为静态膨胀法,因为静止气体的压力和体积为决定性变量。 

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图 3.18 通过静态膨胀产生低压

c) 动态膨胀法  

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  1. 体积 1
  2. 体积 2
  3. 进气阀(导通率 L1)
  4. 小孔(导通率 L2)
  5. 接至泵系统
  6. 接至储气罐
  7. LN2 冷阱
  8. 接至泵系统
  9. U 形管真空计
  10. McLeod 真空计
  11. 已校准的电离真空计表管
  12. 接至泵(抽取速度 PSp)
  13. 进气口
  14. 质谱仪
  15. 待校准的真空计 19、20
  16. 待校准的裸真空计
  17. 烘干炉

根据该方法,校准压力 p 的产生方式为通过将恒定通量 Q 的气体注入真空室,同时由泵装置以恒定的抽取速度 S 将气体抽出真空室。达到平衡状态后,根据算式 1.10 a 得出以下结论:

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(1.10a)

p = Q/S

Q 可通过从恒压供气容器流入校准室的气体量得出,或者通过在特定测量压力下(通过已知导通率进行测量)流入校准室的气体量得出。进气阀前方的压力必须足够高,以确保可以使用参考真空计进行测量。阀进气口的孔径(小号毛细管,烧结管体)必须非常小,以确保满足条件 d << λ,也就是说能够保持分子流,进而让进气阀达到稳定导通率。然后用 p1 · L1 定义气体量,算式中 p1 = 进气阀前方压力,L1 = 阀的导通率。抽取系统有一个尺寸精确的小孔,其导通率为 L2,并位于尽可能薄的管壁上(筛网导通性);另外还有一个抽取速度为 PSp 的泵: 

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这种方法的优点是,达到平衡状态后,可以忽略吸附效应,因此,此程序可用于在极低压力下校准真空计。 

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真空符号

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真空技术图中常用符号的术语表,这些符号用于直观地表达泵的类型以及抽取系统中的部件

 

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单位术语表

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了解真空技术中使用的测量单位,各种符号的含义以及传统单位的现代等效单位

 

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参考资料和来源

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