气体微流量计测量小孔流导方法研究

　　1引 言

　　在真空计量标准的设计中，小孔流导的设计和测量是一个非常重要的环节，它直接关系到真空量值的准确性，受到了研究者的普遍重视。小孔流导的应用范围很广，如在分压力质谱计校准装置中，可以采用小孔流导衰减前级压力来获得更低的标准分压力^[1]。在标样气体进样系统中，可以采用打有多个孔眼的小孔进样，通过另一个小孔抽气，使进样后不改变气体成分的比例^[2]。

　　在动态流导法真空标准中，可以采用小孔流导产生稳定压力，在动态状态下进行真空校准^[3]。

　　在气体微流量计设计中，可以采用小孔提供稳定的气体流量^[4]。气体通过小孔时由于有黏滞流、分子流等不同的状态，流导的大小并不相同，需要使用不同的公式来计算。在真空计量标准的设计中，更关心的是分子流状态下小孔的流导值。在分子流条件下，对于一定温度的一定气体，小孔流导值只与小孔的几何尺寸有关，在几何尺寸不变的前提下流导值是恒定不变的。对于几何尺寸规则的小孔，可以通过理论计算来获得小孔流导值^[5]。

　　但实际情况是，由于要满足分子流的要求，小孔的尺寸一般都必须制作的非常小，此时对小孔的机械尺寸的准确测量也变得困难起来。

　　作者介绍了利用气体微流量计的流量测量技术，在分子流条件下，采用 PID 恒压控制模式和压力锯齿变化恒压控制模式测量小孔流导的原理和方法，并对2 种控制模式的测量结果进行了比对。同时还将实际测量结果与理论计算值进行了比较，并通过漏孔校准实验对两者的准确性进行判断。可以看到，用实验方法测量小孔流导具有实际意义。

　　2小孔流导测量方法

　　2.1恒压式气体微流量计^[6]

　　恒压式气体微流量计原理如图 1 所示，它由供气系统、抽气系统和流量测量系统三部分组成。左边为供气系统，可以提供 N2、He等校准气体，并使用电容薄膜规测量气体压力。中部为抽气系统，主要由分子泵和机械泵组成，可以对流量计的管道及稳压室抽真空。左侧虚线方框部分为流量测量系统，用于提供并测量气体微流量，整体放在一个恒温箱内，以保持温度恒定。校准装置的详细设计已撰文讨论^[7]。

　　小孔 31、34 是气体微流量计的核心元件。考虑到不同气体、不同压力下流导不同，所以设计了 2 个小孔，以获得所期望的气体流量。作者讨论的重点就是小孔流导的测量方法，这也是气体流量计测量流量的基础。用小孔将已知流量引入到真空校准系统，就可以对真空规或真空漏孔进行校准。