真空比對法校準(zhǔn)裝置的分析

真空比對法校準(zhǔn)裝置的分析真空比對法校準(zhǔn)裝置采用了動態(tài)直接比對法、靜態(tài)直接比對法和靜態(tài)膨脹法，在一臺裝置上復(fù)合了三種方法，滿足了拓寬量程的需求。該裝置可以1×105~5×10-4Pa范圍內(nèi)的各類真空規(guī)開展校準(zhǔn)，是一種構(gòu)造簡單、操作方便、檢定效率高、實用性強的真空標(biāo)準(zhǔn)裝置。整套裝置由渦輪分子泵、校準(zhǔn)容器、副標(biāo)準(zhǔn)真空計和金屬膨脹閥等部件組成，主要技術(shù)指標(biāo)符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國內(nèi)有關(guān)真空標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

真空校準(zhǔn)技術(shù)比較復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)裝置造價比較昂貴。比對法真空校準(zhǔn)系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，它選用精度較高、性能可靠的真空計作為副標(biāo)準(zhǔn),是一種構(gòu)造簡單、量程寬、造價便宜、操作容易的真空標(biāo)準(zhǔn)裝置,其校準(zhǔn)的不確定度取決于合理的系統(tǒng)設(shè)計和選用的副標(biāo)準(zhǔn)的不確定度。以往需要用三種不同原理和不同構(gòu)造的真空標(biāo)準(zhǔn)裝置,實現(xiàn)所需范圍內(nèi)的壓力校準(zhǔn)[1]。隨著技術(shù)的進步，特別是航天科技的發(fā)展，為了提高工作效率，解決大量真空計的校準(zhǔn)任務(wù)，也更準(zhǔn)確的為航天型號服務(wù)，在分析國內(nèi)外同類標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點的根底上,研制了一臺新的真空計校準(zhǔn)裝置。該校準(zhǔn)裝置選用了動態(tài)直接比對法、靜態(tài)膨脹法和靜態(tài)直接比對法三種校準(zhǔn)方法實現(xiàn)了1×105~5×10-4Pa范圍內(nèi)真空規(guī)的校準(zhǔn)，滿足了型號的不同需要。

1、理論分析和構(gòu)造設(shè)計

深刻理解真空物理理論是設(shè)計真空系統(tǒng)的根底，在真空系統(tǒng)中，氣體分子流場的分布是開展壓力測量、抽速測量及機械構(gòu)造設(shè)計時必須考慮的一個重要因素。比對法真空校準(zhǔn)裝置設(shè)計的關(guān)鍵部分為校準(zhǔn)室，校準(zhǔn)室容器的形狀，大小和容器中分子流場的分布情況直接關(guān)系到該校準(zhǔn)裝置的精度和穩(wěn)定性[2]。為此，對容器內(nèi)分子流場分布的情況開展了研究。在分布均勻,等溫、各向同性的稀薄氣體狀態(tài)下,氣體分子遵守麥克斯韋速度分布和余弦定律，壓力值才有明顯的物理意義,兩個公式才能成立，在球形容器中最適合于建立這種氣體狀態(tài)。文獻[3]給出了球形容器內(nèi)表面分子流密度分布曲線圖（如圖1所示，對校準(zhǔn)室的構(gòu)造設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

圖1球形容器內(nèi)表面分子流密度分布

對球形系統(tǒng)沿垂直方向,從上到下將內(nèi)表面分成10條測試帶,見圖1，各測試帶上的平均入射分子流密度N（i分子數(shù)/mm2）與赤道附近的平均入射分子流密度N（分子數(shù)/mm2）相比為橫坐標(biāo)（Z軸）[4]。

從圖1可以看出球形容器內(nèi)分子流分布狀況。即，在球形系統(tǒng)內(nèi)表面上，分子流場分布不完全均勻，在入口附近分子流密度最大，而在出入口與赤道之間較小。

校準(zhǔn)容器的構(gòu)造設(shè)計還考慮了表面積與體積之比應(yīng)盡可能的小，應(yīng)選用球形容器最理想，因為同樣大的體積球的表面積最小，而且在容器中能夠建立起各向同性運動的分子流狀態(tài)。但球形容器造價高，加工比較復(fù)雜。如果選用圓筒型容器，則要求筒長于筒徑之比不大于4。在設(shè)計校準(zhǔn)室的容積時，要大于連接到該容積被檢真空規(guī)總?cè)莘e的20倍，又要考慮容器太大、放氣量大、抽氣的時間長、計量測試的效率低。該裝置設(shè)計的校準(zhǔn)室容器總?cè)莘e22.4L，備有9個標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口，同時可接5個被校準(zhǔn)的真空規(guī)，經(jīng)過計算被接真空規(guī)的總?cè)莘e為0.12L，遠(yuǎn)小于校準(zhǔn)室的容積。

5、結(jié)論

經(jīng)過性能測試,該真空比對法校準(zhǔn)裝置的主要技術(shù)指標(biāo)完全滿足了動態(tài)直接比對法、靜態(tài)膨脹法和靜態(tài)直接比對法三種方法校準(zhǔn)真空規(guī)的技術(shù)要求,可以對1×