正压漏孔校准技术国外研究状况

2013-03-28 冯焱 兰州物理研究所

1、德国物理技术研究院(PTB)

  德国物理技术研究院(PTB)于2004 年左右建立了一套大气压力下漏孔漏率的测量系统(在我国称之为正压漏孔校准装置),并于2009 年正式发表了研究论文。校准装置的原理图如图1 所示,装置的测量范围为(1×10- 7~1×10- 5) Pa·m3/s,测量不确定度为(0.33%~2%)。

德国PTB 正压漏孔校准装置原理图

图1 德国的PTB 正压力漏孔进行校正装置设备的原理图

  该系统恒温严格,除测量显示单元外,将包括参考室、变容室、差压式电容薄膜规、被测漏孔、阀门和管道等,整个放置在一个多层绝热的恒温箱中,用循环蒸馏水实现主动恒温。系统采用半自动操作,活塞驱动过程自动完成,其它操作在计算机程序的提示下手动操作。由于德国柏林的大气压接近于一个标准大气压,故该校准装置没有配备抽气机组,而直接将大气引入到变容室做为出口压力,使得该校准装置的结构简单、操作方便,减小了设计难度。

  为兼顾测量下限和测量上限,装置变容室的容积Vwv=7.9 cm3,参考室的容积Vref=23.2 cm3。在一个大气压和Vwv=7.9 cm3 条件下,补偿20 Pa 的压力上升,需要一个1.5 mm3 的体积变化,直径为0.8 mm 的细杆移动3 mm 的位移可以形成该体积的变化。该装置的活塞设计参照了这个标准,其直径经过PTB 计量为(0.7983±0.0010)mm,通过柱状聚四氟乙烯的密封材料形成与变容室的动密封。

  差压感测器器为满量限为133 Pa 的电阻pet薄膜规(CDG,MKS616A01TRE),走势调小器的安装在隔热箱体部,但有与自校和借鉴水比热容隔热丢开。另一个,运行MKS 的满量限为133 kPa 的规(310BHS- 100)当做检测臭氧层负压patm,该器材由PTB 的液态水银负压计来自校。提升装置还采用了了七个经自校过的PT100 感测器器当做记录卡体温管理的体温,想要变容室、借鉴水比热容和测验漏孔的体温保持良好将近。   PTB 利用的较准手段是,当V2 和V3 关后,就造成了2个分体式积:在V1、V2 和电感透气膜和珍珠棉规范围之内内的水比热容Vwv,及其电感透气膜和珍珠棉规和V3 范围之内内的参考价值水比热容Vref。这里2个分水比热容范围之内内的什么负压差发展都可能以由量限为±133 Pa 的差压规测是。当V1 访问时,负压漏孔中涌出来的空气使Vwv 中的负压差连续加剧,为解决Vwv 的负压差加剧,使用调低活赛环可移动来加剧水比热容ΔV。活赛环调低Vwv 的水比热容呈中断性的发展,故能让变容室负压差造成锯齿状状负压差发展(The saw- tooth Variation of pressure),如2 如下图所示。一样在测量时段区间为100 s 到400 s,负压差发展范围之内为4 Pa 到100 Pa。

正压漏孔漏率锯齿状测量曲线

图2 负压漏孔漏率波浪纹状检测的曲线   能够 多少次反复的锯齿形状的学习各种压力转变,就能够实现变得更加为准的Δt 的评均成果。根本原因在Vwv 和Vref左右的细微热度转变可能会会造成同一律左右的学习各种压差,因此要以确保衡温生态和杜绝卡路里关于较准系統软件的微扰,这便是整较准系統软件在恒温水浴和要从严的传热生态的主耍根本原因。   PTB 对一个送风机漏孔在5 今年底測試了其漏率的可靠性,详细的划分了在线自动测量不断定度,况且就要各不相同气温(16℃到23℃) 和各不相同出口国的压力(90~110 kPa)必备条件下实行了漏率的在线自动测量,分析一下并得以了可信性的分析方法,其研究分析工作的比较精湛,应当人们学习借鉴。

2、瑞士BALZERS 公司

  瑞士Balzers 公司在1995 年建立了基于恒压法的正压漏孔校准系统,其最小可校漏率2×10- 6 Pa·m3/s,系统总不确定度小于10%,其原理图如图3 所示。

瑞士Balzers 正压漏孔校准装置原理图

图3 法国Balzers 正压力漏孔调校裝置原理图图   与PTB 形似,安全系统设计由压缩空气漏孔、单向阀、柱塞、差压式电容器保护膜规等组成了,布局放在控温箱中部,以达到摄氏度固定。单向阀1 和单向阀2 可以性与典雅相似,还要可以性取典雅重压当做压缩空气漏孔出口额端和规范室的重压,这种就好还要上限打造汽源和蒸空抽气体系,在很大成度上变低了安全系统设计的缜密成度。   试验装置变容室的溶量(原创文章中称是程序溶量System volume,PTB 叫作运作溶量,中心句又称是变容室溶量。)大于7 mL。运用一支队伍差压式贴膜规来自动测量变容室的重压变现,满分度值为10 Pa。一罗马数字1万用表和贴膜规的重压传红外感应器器连结接,就能够将其模拟仿真电流值移动卫星信号转化成为罗马数字1移动卫星信号,最后再能够确定机收集。

  变容室的容积变化ΔV 是通过一个活塞来实现的,活塞的直径为0.6 mm,测量不确定度为0.0015 mm,长度为40 mm。活塞通过一个千分尺进行手动驱动,有效行程为5 mm,总不确定度为0.01 mm。活塞与变容室采用真空密封结构,其总漏率小于5×10- 8 Pa·m3/s。变容室的绝对压力由一支经过温度修正的水银压力计来测量。阀门1 和阀门2 采用了聚四氟乙烯密封球阀,在阀门两端的压差为1×105 Pa 时,其漏率为1×10- 8 Pa·m3/s。薄膜规的零点可以通过一个感应线圈去调节,使阀门1 和阀门2 同时开启时,薄膜规读数为零。

  校准装置采用的测量方法是,首先,在测量前要将装置所在房间的温度进行恒温,以尽可能减小系统的本底漏率,通常情况下需要12 h。然后将正压漏孔连接到校准系统。打开阀门1 和阀门2,待稳定后测量薄膜规的本底压差。关闭阀门1 和阀门2,这时变容室的压力开始上升,用差压式薄膜规来监测。在整个测量过程中,压差不超过10 Pa。由于变容室的压力为1×105 Pa,压力上升不超过10 Pa 时,认为变容室仍保持在恒压状态,且由此带来的不确定度可以忽略。在实际测量中,当差压为0.05 Pa 时,移动活塞以增大变容室的容积。对于1×10- 6 Pa·m3/s 的漏孔而言,活塞直径0.6 mm,移动1 mm,则引起的容积变化为2.83×10- 7 L。当压差变化为-0.05 Pa 时,活塞停止运动。当压差再次变化为0.05 Pa 时,重复上述过程,最少测量20 次。压力测量数据通过计算机采集,相对测量时间直接取计算机的系统时间。形成的测量曲线如图4 所示。在上图中,每条压力上升曲线中均包括了40~160 个压力测量点,并用直线连接起来,采用线性最小方差进行了分析,并考虑了差压规的零点。

型号CL004 的正压漏孔的锯齿状校准曲线

图4 材质CL004 的送风机漏孔的毛刺状效准曲线图

  此外,Balzers 公司还对测量结果进行了详细的不确定度评定,给出了系统误差、随机误差和总不确定度。采用一支型号为CL004,编号为677159V208 的正压漏孔,用该方法进行了校准,其测量结果为1.7×10- 6 Pa·m3/s,相对不确定度为7.5%。用毛细管测量方法对同一支正压漏孔进行了测量,其结果为1.63×10- 6 Pa·m3/s,相对不确定度为5%,比对结果的一致性很好。

3、美国材料与测试学会(ASTM)和欧洲标准化委员会(ECS)

  韩国资料和试验学习(American Society for Testing and Materials)于1982 年发表过文章了“标定气态参阅漏孔的原则正规”(E908- 82),并在1998 年实行了颁布(E908- 98),该正规备选了孔状管-水柱位移法的标定做法,既可能标定进口真空漏孔,也可能标定+压漏孔。澳大利亚原则化理事会会(European Committee for Standardization) 在1995 年发表过文章的“+压漏孔的标定做法”(CEN TC 138 WG/6 n3 rev.3),也通过了内似的孔状管-水柱位移法,并对标定因素和量精确检测实行了更苛刻的要求, 在此里.我对这样做法一同实行说。ASIM 和ECS 通过的孔状管精确检测做法原理图图如图甲下图5、图6 下图。

ASIM正压漏孔校准装置原理图

图5 ASIM送风机漏孔较准装置设备关键技术图

ECS 正压漏孔校准装置原理图

图6 ECS 压缩空气漏孔复位部件设计原理图   在孔状血管管措施中,大部分用到水看作可流通量的位子信号灯标签,在孔状血管管的一面连到压缩空气漏孔,另一个面间接与电离层磅礴相接。孔状血管管由波璃开发,内部径在(0.012~0.76 mm)两者,ECS 的装置设备为0.6 mm,测试不来确定度为0.01 mm。当压缩空气漏孔的气休流通量孔状血管管后,会推动水柱会发生位移,精准度测试位移的大小不一,电离层磅礴压和测试时长,就能能折算出压缩空气漏孔的漏率。在到底测试时,应当要使水柱在孔状血管管内位移看一遍以浇湿孔状血管管,保障在测试时水柱的尺寸图做到不会改变。漏孔与孔状血管管相互连接后,水柱开端位移,测试时长与水柱位移的影响右图7 下图。

毛细管法正压漏孔漏率测量曲线

图7 孔状管法负压漏孔漏率估测拟合曲线

  上图中,水柱最初移动的70 mm 并没有用于校准,大约每移动100 mm 记录一次时间,水柱的精确移动位置是通过一个放大镜来测量的。可以看到,测量数据的线性非常好,说明毛细管内径的一致性很好,且测量过程没有受到温度变化的影响。事实上,每次试验前测量装置至少要在室温下,恒温12 h。文献表明,这个方法的测量下限为1.6×10- 6 Pa·m3/s,相对不确定度为5%。除以上机构外,美国NIST、意大利IMGC、韩国KRISS 等均开展了真空漏孔校准及气体微流量计的研究工作,部分文献提到其研究的装置也可以校准正压漏孔,但没有专门介绍正压漏孔校准的相关文献。

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  正压漏孔校准技术的发展概况

  正压漏孔校准技术国外研究状况

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  负压漏孔标定技木的发展前景概貌