1、引言

　　恒壓式氣體微流量計是測量和提供氣體微流量的一種裝置，是建立氣體微流量（或漏率）計量標準的基礎。精確測量氣體微流量（或漏率）具有十分重要的意義。例如，為了保持飛船艙內的壓力長期工作正常，需要對艙體進行檢漏，檢漏時不但要找到漏孔位置，還要精確測量微小的漏率，這對于長期在空間飛行的載人飛船尤為重要；運載火箭的壓力容器和管道也都需要檢漏。檢漏用的氦質譜檢漏儀需要用標準漏孔進行標定，其檢漏的可靠性在一定程度上取決于標準漏孔的校準精度。恒壓式氣體微流量計可對標準漏孔進行校準。

　　恒壓式氣體微流量計也是建立動態流導法真空度計量標準及真空泵抽速計量標準的基礎。

　　為了滿足以上需求，研制測量不確定度小、測量范圍寬、測量界面直觀、自動化程度高的恒壓式氣體微流量計是非常必要的。

2、恒壓式氣體微流量計的工作原理

　　恒壓式氣體微流量計主要由壓力補償系統、測量與控制系統、恒溫系統和抽氣系統四部分組成，其原理結構如圖1所示。

圖1 恒壓式氣體微流量計原理圖

1. 濺射離子泵；2,8，27電容薄膜規(CDG)；5,6,10,,11,13,14,15,16,17,25,26,
28,29,30,32,33,36, 37，閥門；7. 磁懸浮轉子規(SRG);9. 針閥；12. 壓力表；18，19,20氣瓶；21 角閥；22分子泵；23.機械泵；24 穩壓室；31，34小孔；35 油處理器；38.波紋管；39.油室；40.活塞；41. 電機。

　　流量測量原理是：當氣體流出變容室時，電機帶動活塞在油室中運動，改變變容室的體積，使變容室中氣體壓力保持恒定，則氣體在Tt溫度（Tt一般取296.15K)下的流量Q 就可以通過測量變容室內氣體的壓力P、溫度T 和體積變化率dV/dt 而計算得到，見公式(1)。

Q=[d(P·V)/dt]·(Tr/T)=P·(dV/dt)·(Tr/T)=P·A·dl/dt·Tr/T(dP/dt)=0 (1)

式中：A-活塞的橫截面積;dl-活塞在dt時間內移動的距離。

3、測控系統

　　恒壓式氣體微流量計的測控系統的主要任務是：

　（1）在流量測量過程中準確地測量出變容室內氣體的壓力、體積變化率和溫度；

　（2）在流量測量過程中控制變容室內氣體的壓力，使其恒定；

　（3）編寫測控軟件，完成數據采集、數據處理、自動控制和自動化管理等工作。

　　恒壓式氣體微流量計的測控系統結構如圖2所示。

3.1、變容室內氣體壓力的測量

　　變容室和參考室內的氣體工作壓力范圍是(8.5×10 ⁴~10 ^-3)Pa用兩只絕壓式電容薄膜規和磁懸浮轉子規測量參考室中氣體的壓力，用差壓式電容薄膜規測量參考室與變容室之間的壓力差，測控系統將此壓力差控制在零附近。這樣就保證了變容室內氣體壓力測量的準確性和靈敏性。

　　為了實現計算機對變容室氣體壓力的自動測量與控制，選用了如下測控元件：串口采集卡和IEEE488數據采集卡各一塊。將上述兩塊卡均插于計算機的PCI插槽中。計算機通過電容薄膜規顯示單元后的IEEE488通訊接口和磁懸浮轉子規控制單元上的RS-232接口，根據特定的指令可完成數據的自動采集。

圖2  恒壓式氣體微流量計測控系統結構圖