便携式气体微流量计的设计

　　随着科学技术的进步,真空检漏技术在航天、航空、电子、核工业等领域的应用越来越广泛^[1]。在真空检漏中，一般用氦质谱检漏仪对微小漏孔的漏率进行定量测量，而氦质谱检漏仪采用一支标准漏孔对漏率定标。标准漏孔的漏率一般在 10^{- 8}Pa·m³/s量级，而氦质谱检漏仪的测量范围约为 10^{- 7}Pa·m³/s～10^{- 12}Pa·m³/s，因此在全量程范围内采用示漏气体电离信号线性外推的方法进行测量。存在的问题是，由于没有对仪器本身进行全量程的校准，当氦质谱检漏仪本身的线性不好时，就会对检漏的准确性，尤其是小漏率的测量产生较大的影响，从而影响产品的检漏质量。另一方面，对体积和质量较大的氦质谱检漏仪，也不易送到实验室进行检定。为了满足氦质谱检漏仪现场全量程范围内漏率值的校准，需要设计一套便携式气体微流量计，采用标准流量与氦质谱检漏仪示值进行比对的方法，实现漏率示值的校准。

　　目前，国内外很多研究机构^[2～8]，如美国国家标准技术研究院(NIST)，德国联邦物理技术研究院(PTB)，意大利国家计量研究所(IMGC)和韩国标准科学研究院(KRISS)，中国计量院(NIM)和国防科技工业真空一级计量站(LIP)等都建立气体微流量计标准，用于真空漏孔和真空计的校准。

　　我们借鉴了大型流量计研究中取得的成功经验和技术，如固定流导法测量技术、NEG 泵选择性抽气技术等，设计了可用于现场校准，易于搬运、操作简单、流量范围宽的便携式气体微流量计。

　　1便携式气体微流量计的设计

　　便携式气体微流量计由供气与抽气系统、定容室与压力测量系统、流量测量系统、烘烤系统等四部分组成，图 1 为便携式气体微流量计原理图。

　　1.1供气与抽气系统设计

　　供气系统由气瓶(1)、针阀(4)等组成，气瓶(1)自带减压阀及压力表。气瓶中气体通过减压阀减压后，再通过针阀调节，可以提供 10^{- 1}Pa～10⁵Pa的氦气，氦气纯度为 99.99%。抽气系统由机械泵(7)、分子泵(8)、插板阀(9)及 NEG 泵(3)、角阀(6)等组成。机械泵和分子泵串联组成主抽气系统，对供气系统管道、定容室、小孔管道抽气。为了减小重量，机械泵选用隔膜泵，抽速为0.77 m3/h，重量为 5.9 kg;分子泵选用小型泵，抽速为 150 L/s，重量为 5.3 kg。为了便于将抽气系统与真空系统拆卸，分子泵选用 KF法兰接口，以便长途运输时可以分开搬运。通过主抽气系统抽气，定容室极限真空度可以达到10^{- 5}Pa，满足流量计的使用要求。NEG 泵激活后，通过角阀对定容室抽气，由于其对氦气无抽速^{[9 ]，}但对于水蒸气、氢气等残余气体有抽速，故可以提高氦气的纯度以延伸流量测量下限。