基于动态差压法的分子流流导测量

提出一种基于动态差压法测量固定流导元件流导的新方法。固定流导元件是以阳极多孔氧化铝(AAO)为模板制作而成。在测量流导过程中,通过测量连接AAO固定流导元件两端的容器的动态差压变化关系,运用最小二乘法对实验数据进行指数函数拟合,计算出AAO固定流导元件的流导值。分别以氮气、氦气和氩气作为实验气体对AAO固定流导元件的流导进行了测量。结果表明,在大气压力以下,AAO固定流导元件的流导不随入口压力变化而变化,始终保持恒定。对He、起始压力为30 kPa、初始压差为1.97 kPa、测量时间为60 s的测试点进行了不确定度评定,其相对合成标准不确定度为13%。对评定过程进行分析,发现测量点的不确定度随测量时间的增加急剧增大。该流导测量装置的测量范围为1×10~(-4)～1×10~(-7)m~3/s,此方法具有操作简便、结果精确等优点。     

基于石墨烯本征缺陷的新型漏孔组件的制作

提出了一种利用单层石墨烯薄膜及其缺陷制作漏孔组件的方法。通过化学沉积法制得单层石墨烯薄膜后将其转移至多孔烧结不锈钢的薄片上,并使用拉曼光谱对石墨烯膜缺陷进行表征。氢气、氮气和氩气的流导值通过自制的测试装置由差压法进行了测定。测试结果表明即使在大气压下这三种气体在漏孔中仍然处于分子流状态。这意味着只要知道某种气体的流导,其他种类气体的流导值也可以由此得到确定。并且,本文的结果可以为很多二维平面膜材料(例如石墨烯)在漏孔制作方向提供更为广阔的应用前景。     

铟封接和硅硅键合技术制作微通道型固定流导元件

提出了一种制作微通道型固定流导元件的方法,即基于硅硅直接键合将刻蚀深度约为1μm的沟槽结构密封成微通道,利用铟熔融封接技术使其与金属法兰结合构成通道型固定流导组件,使用氦质谱检漏仪对其漏率测试。测量结果表明,固定流导元件的流导测量值与理论计算值接近,相对误差不超过22.2%。氦气作为测量气体时,固定流导元件能够从高真空到30000 Pa压强下实现分子流状态,即流导恒定。     

升压法测量小孔分子流流导的方法研究

在真空系统中,流导作为主要性能参数需要精确测量.介绍了升压法测量小孔分子流流导的测量原理、测量方法、计算公式和不确定度的评定方法.通过对一小孔流导实际测量和不确定度评定,得出升压法测量流导的合成标准不确定度为2.0%,并用线性真空计测量流导的方法对同一小孔的流导测量结果进行了验证.升压法测量流导的方法简单、测量方便,适合于流导的快速测量.     

极小气体流量测量技术研究

介绍了固定流导法极小气体流量测量技术,利用流导值为10-9m3/s量级的精密小孔,通过在10-1~10 Pa范围内调节进气压力,实现了10-8~10-10Pa·m3/s的流量测量,合成标准不确定度为0.94%。利用流导比值为187.9的两个激光小孔,将固定流导法产生了流量分流为总流量的0.53%,实现了10-10~10-12Pa·m3/s范围内流量的测量,合成标准不确定度为1.2%。利用极小气体流量测量技术校准了小于10-8Pa·m3/s量级的真空漏孔,而且避免了四极质谱计的非线性引入的测量不确定度。与现有气体流量测量技术相比,提出的极小气体流量测量技术将测量下限延伸了4个数量级。     

微小流导测量系统

介绍了一套微小流导测量系统，它集成了定容法、定压法和线性规方法。各种方法可以满足不同量限的测量需求，可在原位进行测量，互相验证准确性。该系统能够测量流导前的压力在0．1Pa到1x10^5 Pa时所对应的流导值，可用于研究流导值与流导前压力的特性关系。     

固定流导法真空漏孔校准装置性能研究

固定流导法是通过已知流导小孔的气体与真空漏孔流出的气体用四极质谱计进行比较,从而得到漏孔漏率的一种极为精确的方法。小孔是采用机械、激光等方法加工制成,在分子流条件下,小孔流导为一常数。运用此方法,建立了一套真空检漏校准装置以进行量值传递工作。为了保证校准数据的准确可靠性,需对该套装置的不确定度进行分析与评定。     

基于气体渗透特性的多孔材料尺寸表征方法

为了解决纳米多孔材料特征尺寸无损表征的问题,本文提出一种基于改进的过渡流态流导理论的气体渗透测量方法,通过搭建动态差压瞬态测试系统,对过渡流态下气体通过多孔介质材料的流导进行实时测量,从而得到流导随气体平均自由程的变化关系,并以此推出多孔介质材料的平均孔径。实验对两组不同面积大小的多孔阳极氧化铝(AAO)进行了测试,其测试结果与SEM图像分析结果相吻合,相对误差在8%以内。该测试方法无需提前知道待测材料的孔隙率,且具有样品无损、结果准确、大面积测量的优点,拓展了气体渗透测量技术的测试范围。     

金属压扁型正压漏孔不同压力下的漏率研究

在不同入口和出口压力条件下,正压漏孔的漏率值会发生变化,在使用时需要对正压漏孔的校准值进行修正。对2支金属压扁型正压漏孔在多种压力条件下进行漏率测量,给出了测量结果,然后根据管道流导理论推导出正压漏孔漏率随压力变化的修正公式,并对修正结果与实验测量数据进行了研究分析。     

限流元件流导测量技术研究进展

在真空技术应用中,限流元件流导主要用于气体微流量计微小气体流量的产生、提供真空室动态标准压力及真空漏孔的校准。目前测量限流元件流导的方法主要有恒压法、定容法、流量比较法、线性规法、升压法。文章介绍了国内外测量限流元件流导的常用方法,列举了各种测量方法的适用范围和限制因素,并对比不同测量方法的特点。     

真空计量标准的研制与应用

兰州物理研究所研制了一系列真空标准装置,可用于真空规、方向规、分压力质谱计、真空漏孔和正压漏孔的校准.其静态膨胀法真空标准装置、动态流量法真空标准装置及超高/极高真空校准装置是用于真空规校准的三套基础标准,覆盖的校准范围为(10-10～105)Pa;程控式真空规校准装置适用于工业部门,其校准范围为(10-4～105)Pa;为实现质谱计的校准,研制了一台具有三路相同独立进样系统的分压力质谱计校准装置,标准分压力通过磁悬浮转子规以两种不同的方法进行测量,该校准装置可实现(10-7～10-1)Pa范围内的分压力校准;为实现真空漏孔的校准,研制了恒压式气体微流量标准装置和固定流导法气体微流量标准装置.恒压式气体微流量标准装置的校准范围为(10-8>～10-2)Pa·m3/s,同定流导法气体微流量标准装置的校准范围为(10-10～10-5)Pa·m3/s,漏孔漏率的校准通过比较被校漏孔和标准气体微流量计在一台四极质谱计上引起示漏气体离子流的大小计算得到;为实现正压漏孔的校准,研制了一台正压漏孔校准装置,采用定容法和定量气体动态比较法对正压漏孔进行校准,校准范围为(5 × 10-5～10-1)Pa·m3/s;研制了一台定向流真空校准装置,实现对方向规的校准和非平衡态分子流的研究,装置的校准范围为(10-7～10-1)Pa.     

固定流导法校准真空漏孔方法研究

固定流导法采用的是分压力测量技术,对质谱分析室的漏放气率的指标要求不高.通过实验得到四极质谱计的非线性引起的测量误差可达38%,在具体校准过程中能够很好调节稳压室中的气体压力,使通过小孔的气体流量与待校真空漏孔漏率非常接近,从而避免了四极质谱计的非线性影响.稳压室中的气体压力比较大,所以稳压室不需要特别严格的材料处理工艺,具体校准过程中也不需要彻底的烘烤出气就能得到纯净的单一气体.固定流导法校准真空漏孔的不确定度的评定值为2.6%,可以通过精确校准电容薄膜规和控制温度来进一步降低漏孔校准的不确定度.     

热流逸效应下不同截面形状微通道的流导特性分析

热流逸真空泵利用其内部微通道结构产生的热流逸效应来工作,故其本身也存在流导。本文建立了几种典型截面形状长微通道和短微通道的流导计算模型,进而分析了流导随努森数、温差及微通道特征尺寸变化的规律。结果表明,微通道在过渡流区域的流导比在自由分子流区域的大2～4个数量级;短微通道的流导性能优异长微通道的;绝大多数情况下,截面形状的对称性越强则其流导性能越好;在自由分子流区域,截面形状对流导的影响不大,但在过渡流区域,不同截面形状的流导差异显著。可见,应尽可能将热流逸真空泵设计在过渡流区域工作,且应优先采用截面形状对称性强的短微通道结构,但需要综合考虑努森数、温差和微通道特征尺寸之间的相互协同与制约。     

热流逸效应下不同截面形状微通道的流导特性分析北大核心CSCD

热流逸真空泵利用其内部微通道结构产生的热流逸效应来工作,故其本身也存在流导。本文建立了几种典型截面形状长微通道和短微通道的流导计算模型,进而分析了流导随努森数、温差及微通道特征尺寸变化的规律。结果表明,微通道在过渡流区域的流导比在自由分子流区域的大2~4个数量级;短微通道的流导性能优异长微通道的;绝大多数情况下,截面形状的对称性越强则其流导性能越好;在自由分子流区域,截面形状对流导的影响不大,但在过渡流区域,不同截面形状的流导差异显著。可见,应尽可能将热流逸真空泵设计在过渡流区域工作,且应优先采用截面形状对称性强的短微通道结构,但需要综合考虑努森数、温差和微通道特征尺寸之间的相互协同与制约。     

活塞间隙型流导性能研究

本文设计了一种基于活塞间隙的微小流导结构,流导数值可调,采用实验的方法研究了微小流导的压力特性、温度特性及调节重复性。讨论了该流导在微小气体流量计量的应用情况及前景。     

密封器件压氦和预充氦细检漏的等效标准漏率上限

利用经典的分子流、黏滞流、过渡流流导公式及圆管分子流流导几率的精确数值解,对21世纪数篇文献呈现的漏孔流导随上游压力变化关系曲线进行了分析,并将密封器件的漏孔简化为长圆管,得出了以下结论:从流量角度观察气流是否偏离分子流状态是非常不灵敏的,因此可以认为,如果上游压力不超过1×105Pa,对于等效标准漏率L＜ 1.4 Pa·cm3/s的漏孔,气流大致处于分子流状态;当任务允许的L最大值Lmax＜14 Pa·cm3/s时,不论L的值是大是小,均不必考虑气流是否偏离分子流状态;仅在压氦法的压氦阶段,当Lmax和L均接近1.4 Pa· cm3/s时,从流量角度气流会处于黏滞流状态,导致合格判据偏保守;而在压氦法的其他阶段和预充氦法各阶段,只要L＜ 1.4 Pa· cm3/s,气流均处于分子流状态.从而证明对于密封器件氦质谱细检漏而言,Lmax取1.4 Pa·cm3/s可以满足气流处于分子流状态的要求,且该值大于粗检的下限.     

气体微流量计测量小孔流导方法研究

介绍了利用气体微流量计的流量测量技术、采用PID和压力锯齿波动2种恒压控制模式测量小孔流导的原理和方法,并对2种控制模式的测量结果进行了比对,一致性好于0.14%。小孔流导的测量值与理论计算值之间有较大偏差,通过漏孔校准实验,证明前者具有更好的准确性。对于几何尺寸不规则的小孔,用实验方法获得其流导值具有实际应用价值。     

不同气体和压力对真空漏孔漏率的影响

针对目前大多数标准漏孔的漏率都是在He和入口压力为100 kPa下的漏率,采用定容变压法校准了铭牌漏率为2.3×10~(-6)Pa·m~3/s的标准真空漏孔在使用H_2、He、D_2三种气体时,在不同入口压力下的漏率。预先对系统进行了加热除气后计算了系统本底漏率大小,并探讨了本底漏率对校准漏孔漏率的影响。结合粘滞流-分子流理论研究了不同气体和漏孔入口压力对漏孔漏率的影响。     

油扩散泵抽气速率与被抽气体的关系

通过对油扩散泵抽气速率、气体分子平均热运动速度和分子流态下气体流导的分析，指出油扩散泵对不同气体的抽气速率具有选择性，给出了泵对不同气体和空气抽气速率比值的计算值，同时指出电离规的规管常数与气体种类有关。     

微纳通道型真空漏孔研究进展

传统真空漏孔存在难以实现尺寸可控制作、分子流压力范围有限等问题,而利用微纳通道型真空漏孔可以有效解决上述问题。本文阐述了一维/二维微纳通道型真空漏孔的加工方法,即使用光学曝光、刻蚀工艺在硅基底上制备微纳沟槽,结合键合技术实现微纳通道密封;通过金属封装、玻璃浆料键合、毛细管连接工艺实现硅基微纳通道型真空漏孔与金属真空法兰的封装连接。该类型漏孔有望在真空计量、极小流量控制和漏率测试等方面取得应用。