比對(duì)法真空計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理

       在真空測(cè)量實(shí)踐中, 用真空規(guī)和真空儀器比較精確地去測(cè)量被研究的稀薄氣體壓力, 以達(dá)到預(yù)期的目的, 必須考慮以下3 個(gè)問題: ① 了解被研究的對(duì)象; ② 根據(jù)研究對(duì)象的情況和研究的目的, 正確選用真空規(guī); ③ 研究真空規(guī)與被測(cè)對(duì)象之間的相互作用。如果不能很好地解決上述3個(gè)方面的問題, 將會(huì)引起較大的誤差, 甚至發(fā)生明顯的錯(cuò)誤。

      從真空應(yīng)用角度看, 在一些特定的場(chǎng)合(如高能研究、空間技術(shù)等) 要求有較高的測(cè)量精度(誤差<1% ) 。因此,這樣的高精度, 對(duì)于粗低真空范圍(1E5～1E2 Pa ) 的真空測(cè)量來說是容易滿足的, 但在高真空的范圍(1E-1 ～1E-5 Pa ) 內(nèi), 需經(jīng)過努力才能達(dá)到。

       全超導(dǎo)托卡馬克裝置是一個(gè)大型復(fù)雜裝置,真空系統(tǒng)是該裝置的重要組成部分之一。真空度的有效監(jiān)測(cè)與控制將直接影響到等離子體質(zhì)量,進(jìn)而影響到光束的強(qiáng)度、能量和等級(jí)。托卡馬克裝置等離子體放電所需的真空度在1E-4 ～1E-1Pa 范圍內(nèi), 為了準(zhǔn)確地監(jiān)視真空系統(tǒng)的工作狀態(tài), 首先必須精確地測(cè)量真空度。為此, 作者自行研制了一套真空校準(zhǔn)系統(tǒng), 借助副標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)并通過比對(duì)法, 對(duì)工作用真空規(guī)及儀器進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn), 以提高被校規(guī)的精密度和準(zhǔn)確度。

實(shí)驗(yàn)原理

       靜態(tài)膨脹法被用于相對(duì)真空規(guī)(電離規(guī)) 的校準(zhǔn)。在等溫條件下, 將已知體積和壓力的小容器中的永久氣體膨脹到已知體積的低壓大容器中, 根據(jù)波義耳定律計(jì)算出膨脹后的氣體壓力。膨脹法校準(zhǔn)系統(tǒng)是靜態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng), 它的最大優(yōu)點(diǎn)是真空系統(tǒng)中的氣流分布是一種較理想的隨機(jī)狀態(tài), 能夠滿足氣體分子運(yùn)動(dòng)論的基本假設(shè) 。

單級(jí)靜態(tài)膨脹校準(zhǔn)系統(tǒng)的原理, 如圖1 所示。

      圖1 中V1、V2、V3分別為氣源室、膨脹小室和校準(zhǔn)室的體積; p0、p分別為氣源室和校準(zhǔn)室的壓力;W 1～W 5 為管道閥門。

       當(dāng)系統(tǒng)各部分抽至本底壓力,關(guān)閉閥W2、W4和W5,使校準(zhǔn)室和氣源室處于靜態(tài)真空。氣體樣品經(jīng)閥W1送入氣源室,達(dá)到所需壓力p0即關(guān)閉W1。通過閥W3和W4的開關(guān)作用, 將膨脹小室中已知壓強(qiáng)和體積的氣體,一次一次地膨脹到校準(zhǔn)室。假定膨脹是等溫的,而且沒有氣體損耗, 則第一次膨脹后, 校準(zhǔn)室的壓力可表示為

       其中, p 是校準(zhǔn)室在靜態(tài)下的本底壓強(qiáng), 它比被校最低壓力低2個(gè)數(shù)量級(jí),因而可以忽略。