概述了在超高/極高真空校準(zhǔn)方面的研究進展。介紹了采用分子束法、壓力衰減法、流導(dǎo)調(diào)制法以及分流法校準(zhǔn)超高/極高真空規(guī)的原理、校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及性能,并分析了它們的優(yōu)缺點。從中可以看出,近年來隨著真空材料處理技術(shù)、容器內(nèi)表面處理技術(shù)和真空獲得技術(shù)的進展,在10^-10Pa～10^-8Pa 壓力范圍的超高/極高真空校準(zhǔn)技術(shù)也取得了可喜的進展,校準(zhǔn)系統(tǒng)的研制、維護成本日趨低廉,校準(zhǔn)方法更為簡單,校準(zhǔn)結(jié)果更為準(zhǔn)確。

　　在我國超高真空(UHV) 定義為10^-5Pa～10^-9Pa的壓力范圍,極高真空(XHV)定義為低于10^-9Pa 的壓力范圍。

　　UHV/XHV 測量在空間科學(xué)、真空表面分析、核聚變、高能加速器、真空微電子技術(shù)等方面具有廣泛的應(yīng)用價值。UHV/XHV 規(guī)是超高/極高真空測量的主要工具,要得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果,就必須建立相應(yīng)的真空校準(zhǔn)系統(tǒng),對這些真空規(guī)進行精確校準(zhǔn),以保證UHV/XHV條件下應(yīng)用的可靠性。目前,在10^-5 Pa～10^-7Pa 的超高真空范圍,主要工業(yè)國家的計量機構(gòu)(如美國NIST、意大利IMGC、德國PTB、英國NPL、日本NIMJ、韓國KRISS、印度NPLI以及中國LIP和NIM等) 都建立了各類真空校準(zhǔn)系統(tǒng),采用的校準(zhǔn)方法主要有靜態(tài)膨脹法和動態(tài)流量法,并進行了各種雙邊和多邊國際比對,取得了較好的一致性。10^-5Pa～10^-7 Pa 的UHV 校準(zhǔn)系統(tǒng)的原理趨于成熟,性能趨于穩(wěn)定,主要工作是不斷進行深入研究,進一步減小校準(zhǔn)系統(tǒng)的測量不確定度。而在10^-8Pa～10^-10Pa的UHV/XHV范圍,早期只有美國和德國等少數(shù)國家建立了真空校準(zhǔn)系統(tǒng),采用的校準(zhǔn)方法主要有分子束法、壓力衰減法等。

　　近年來隨著真空材料處理技術(shù)、容器內(nèi)表面處理技術(shù)和真空獲得技術(shù)的進展,UHV/XHV校準(zhǔn)技術(shù)也取得了可喜進展,日本、中國等國家也先后建立了UHV/XHV校準(zhǔn)裝置,德國又建立了新的UHV/ XHV 校準(zhǔn)裝置,采用的校準(zhǔn)方法主要有壓力衰減法、流導(dǎo)調(diào)制法、分流法等。本文將對10^-8Pa～10^-10Pa 的UHV/ XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)以及所采用的校準(zhǔn)方法進行介紹。

1、UHV/XHV校準(zhǔn)研究進展

1.1、分子束法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)

　　分子束法是早期用于UHV/XHV校準(zhǔn)的主要方法。分子束法的校準(zhǔn)原理如圖1 所示,由克努曾(Knudsen)室、低溫室和校準(zhǔn)室組成。

圖1 　分子束法校準(zhǔn)原理圖

　　詳細分節(jié)內(nèi)容請參考：分子束法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

1.2、壓力衰減法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)

　　壓力衰減法是將氣體通過微調(diào)閥引入到超高真空室,再通過一分子流流導(dǎo)很小的小孔流入到XHV校準(zhǔn)室,達到平衡時,用磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī)或電容薄膜規(guī)測量UHV 室中的較高壓力,通過計算得到XHV校準(zhǔn)室中較低壓力。

　　詳細分節(jié)內(nèi)容請參考：壓力衰減法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

1.3、流導(dǎo)調(diào)制法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)

　　流導(dǎo)調(diào)制法(CMM)實際上是一種動態(tài)流量法校準(zhǔn)原理,但該方法可以補償由于泵自身的出氣引起的有效抽速S的下降,測量更精確,是一種基礎(chǔ)方法。

 　　詳細分節(jié)內(nèi)容請參考：流導(dǎo)調(diào)制法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

1.4、分流法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)

　　分流法是在動態(tài)流量法基本原理的基礎(chǔ)上提出的。由于氣體微流量計流量測量范圍和校準(zhǔn)室極限真空度所限,動態(tài)流量法的校準(zhǔn)下限一般在10^-6Pa～10^-7Pa之間。為了將真空規(guī)的校準(zhǔn)下限延伸到XHV范圍,提出了流量分流法基本思想,即將已知流量氣體注入到分流室,再通過分流室上兩個流導(dǎo)相差很大的小孔將氣體流量分流到XHV校準(zhǔn)室和UHV校準(zhǔn)室,這樣很少部分流量流入XHV校準(zhǔn)室,絕大部分流量流入UHV 校準(zhǔn)室,從而延伸了校準(zhǔn)下限,分流法是對動態(tài)流量法的發(fā)展。

　　詳細分節(jié)內(nèi)容請參考：分流法UHV/XHV校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

2、結(jié)束語

　　通過對超高/ 極高真空校準(zhǔn)的回顧,可以看出,目前在10^-5Pa～10^-7Pa 的超高真空范圍,主要工業(yè)國家的計量機構(gòu)都建立了各類真空校準(zhǔn)系統(tǒng),采用的校準(zhǔn)方法主要有靜態(tài)膨脹法和動態(tài)流量法,并進行了各種雙邊和多邊國際比對,取得了較好的一致性。近年來隨著真空材料處理技術(shù)、容器內(nèi)表面處理技術(shù)和真空獲得技術(shù)的進展,在10^-8Pa～10^-10 Pa壓力范圍的UHV/XHV的校準(zhǔn)技術(shù)也取得了可喜的進展,校準(zhǔn)裝置的研制、維護成本日趨低廉,校準(zhǔn)方法更為簡單,校準(zhǔn)結(jié)果更為準(zhǔn)確。目前,世界上已有美國NASA、德國PTB、日本NIMJ(原ETL)和ULVAC、中國LIP等國家的計量機構(gòu)建立了10^-8Pa～10^-10Pa 壓力范圍的UHV/XHV 校準(zhǔn)系統(tǒng),校準(zhǔn)方法有分子束法、分流法、壓力衰減法、流導(dǎo)調(diào)制法等。相比之下,中國LIP的校準(zhǔn)裝置由于采用室溫抽氣手段,所以研制、維護成本更為低廉。