正壓漏孔校準裝置原理簡圖與校準方法
近年來, 正壓漏孔越來越多地應用在航天領域, 特別是在衛星, 運載火箭, 飛船等大型產品的整體檢漏中。對正壓漏孔特點和性能的研究, 對于提高檢漏的準確性和保證航天產品的可靠性都有重要意義。正壓漏孔是在給定溫度和入口壓力的條件下, 向大氣端提供已知漏率的裝置。一般情況下, 在23℃溫度條件下, 入口為2個標準大氣壓, 出口為1 個標準大氣壓, 以某種特定氣體為示漏氣體對正壓漏孔進行校準,給出其漏率值。但是, 在實際的檢漏工作中, 正壓漏孔的出口壓力易于保證, 但入口壓力往往會有較大的變化和差異。在不同的入口壓力條件下, 標準漏孔的漏率值也不相同, 需要進行修正。因此, 必須研究在一定壓力范圍內入口壓力變化或者出口壓力變化與正壓漏孔漏率的關系, 可在壓力條件變化的情況下, 仍能得到較為可靠的檢漏結果。
常用的正壓漏孔有金屬毛細管型和金屬壓扁型2 種。對于金屬毛細管型正壓漏孔, 用自帶氣瓶來提供入口壓力, 減小了壓力變化可能帶來的影響; 而對于金屬壓扁型, 每次接入的入口壓力都可能不同, 因而, 選用這種正壓漏孔作為研究對象。① 出口壓力(100 kPa)不變的情況下, 入口壓力從150 kPa 上升到1 000 kPa;② 入口壓力(100 kPa) 不變的情況下, 出口壓力從100 kPa 下降到1 kPa, 在這2 種情況下, 用N2和He2種示漏氣體對同1 只金屬壓扁型正壓漏孔進行了校準。根據校準結果, 給出了不同壓力條件下漏率的變化曲線, 運用黏滯流2分子流理論對校準結果進行了修正。
正壓漏孔校準裝置原理
采用國防科工委真空計量一級站建成的“正壓漏孔標準裝置”對正壓漏孔進行了校準, 校準范圍為1×10- 1～ 5×10- 8 Pa·m 3/s, 由定容法校準系統和定量氣體動態比較法校準系統兩部分組成, 定容法的校準范圍為1×10- 1～ 5×10- 6 Pa·m 3/s, 測量不確定度為2.6%～ 9.1%; 定量氣體動態比較法的校準范圍為2×10- 5～ 5×10- 8 Pa·m 3/s, 測量不確定度小于14.2%。圖1 為正壓漏孔校準裝置原理簡圖。
圖1 正壓漏孔校準裝置原理簡圖
1、2. 氣瓶; 3、4、7、11、15、19、21. 截止閥; 5. 待校漏孔; 6、8、13. 絕對式電容規; 9. 三通閥; 10. 標準容積; 12. 定容室É ; 14. 差壓式電容規; 16. 針閥; 17. 定容室Ê ; 18、28. 插板閥; 20. 小孔; 22、26. 冷陰極規; 23. 四極質譜計; 24. 質譜分析室; 25. 限流孔; 27. 抽氣室; 29. 抽氣室; 29. 濺射離子泵; 30、31、33. 分子泵; 32、34. 機械泵。
正壓漏孔校準方法
選用的正壓漏孔在1×10-1～5×10-6Pa·m3/s 漏率范圍內,因而, 在正壓漏孔校準裝置中采用定容法進行校準。校準漏孔時, 把漏孔接入5 位置, 由氣瓶1 提供入口壓力, 在定容室12 中充入出口壓力, 開始校準, 氣瓶1 中的示漏氣體通過正壓漏孔被引入到定容室12 中, 引起定容室壓力變化, 在定容室容積不變的條件下, 通過測量定容室中的壓力變化值和所用的時間, 可得到正壓漏孔的漏率
式中 Q 為正壓漏孔的漏率, Pa·m3/s; V 為定容室的容積,m 3; $p為定容室中的壓力變化值, Pa; $t為定容室中的壓力變化$p所用的時間, s。調節氣瓶1 和定容室12 中的氣體壓力, 改變入口壓力和出口壓力, 在不同條件下對正壓漏孔進行校準,可得到在不同壓力條件下正壓漏孔的漏率值。
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