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正压漏孔校准装置优化设计

2017-08-10 17:00 浏览:713    评论:0       
核心摘要:冯焱 张涤新 成永军 卢耀文 赵澜 徐婕(兰州物理研究所,甘肃 兰州 730000)  在国防和国民生产各领域,尤其是在型号和武器装备

冯焱 张涤新 成永军 卢耀文 赵澜 徐婕
(兰州物理研究所,甘肃 兰州 730000)

  在国防和国民生产各领域,尤其是在型号和武器装备的研制、试验、生产和使用的过程中,正压检漏技术发挥着越来越重要的作用,正压漏孔作为正压检漏时的漏率标准,其校准精度也越来越受到人们的重视。

  正压漏孔校准装置一般采用定容法和恒压法两种工作原理。在此基础上,又研究出了累积比较法、标量气体法、流量比较法、压力比较法、质谱计法等各种方法,但都以定容法和恒压法为基础。

  在国外,美国材料和测试学会、欧洲标准化委员会、瑞士Balzers公司、德国PTB等都建立了正压漏孔校准装置并制定了标准,漏率测量下限可以达到3×10-7Pa•m3/s,测量精度较高。在我国,上海计量测试技术研究所、清华大学和国防科技工业真空一级计量站曾研制了基于定容法或恒压法的正压漏孔校准装置,其精确测量下限在1×10-6Pa•m3/s,不确定度依不同校准范围在2%~15%之间。真空一级计量站可以用标量气体法校准10-7Pa•m3/s的漏孔,但不确定度较大(约为30%)。

  目前正压漏孔校准面临的问题有:1.部分正压漏孔漏率值在10-7 Pa•m3/s量级及以下,超出了校准装置能精确测量的范围;2.校准时间较长,一般情况下,校准一支小漏率正压漏孔需要7天时间;3.校准精度较差,测量下限的校准不确定度在15%~30%。

  为此,本论文提出了三个方面的设计思路和方法,可以使正压漏孔校准装置的测量下限达到5×10-7Pa•m3/s,不确定度小于5%,同时具有较短的测量时间。第一,定容室(累积室)用不锈钢制作,外型为立方体,在其内部开一个截面直径小于2mm的圆柱体孔用于气体累计。使得在增大了定容室的外部面积,有利于压力测量设备、阀门和正压漏孔连接的同时,使定容室的内部容积减小到10mL及以下,提高了流量测量下限,降低了累计时间;第二,将校准核心部分放置在恒温箱内,采用主、被动相结合的恒温方法提高恒温精度。在恒温箱外部采用循环水浴的主动恒温技术,温度控制精度约为0.2K。在恒温箱内部采用加装隔热材料的被动恒温技术,经试验证明温度波动小于0.05K。两者配合工作,在正压漏孔校准时间内可以将恒温箱内部的温度波动控制在0.02K以内,减小由温度波动引入的测量误差,并由此扩展测量下限;第三,在恒压式正压漏孔校准方法中,使用直径小于1mm的精密细活塞,活塞与变容室之间采用卡套式接头、聚四氟乙烯密封材料构成动密封结构,通过数字PID、压力锯齿波动等恒压控制方法进行漏率校准,可以将测量下限延伸到5×10-7Pa•m3/s,并大大缩短测量时间。

  以上方法和数据主要建立在理论计算基础上并开展了部分试验研究工作,采用这些技术的恒压式正压漏孔校准装置已全部设计完成,正在进行生产加工,校准装置的性能测试结果将随后撰文讨论。

(责任编辑:小编)
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