Page 36 - 《真空与低温》2026年第1期
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刘金生等：宽范围、高精度、批量化复合型真空测试校准装置设计与实现                                        33


                  图  1 中，VC2～VC4 为超高真空室；VC5～VC6、                为  CF35 全金属角阀；V42 为       CF63 全金属角阀；V41、
              VC8～ VC11 为 稳 压 室 ； TMP2～ TMP7 为 分 子 泵 ；          V43 为全金属插板阀。
              DP2～ DP5 为 涡 旋 干 泵 ； IP1 为 离 子 泵 ； CDG1～           1.2 全量程真空度校准模块组合设计
              CDG4 为电容薄膜真空计；SRG1 为磁悬浮转子真                             三个不同的校准模块均需要有独立的校准室、
              空 计； EXG1、 EXG2 为 超 高 电 离 真 空 计 ； PIG2～           抽气机组、进气管路和标准器等结构来实现校准功
              PIG7 为 复 合 真 空 计 ； PG2～ PG6 为 电 阻 真 空 计 ；         能，且不同校准方法的原理不同，所需的标准真空
              QMS2 为四极质谱计；C4～C7 为流导值各不相同的                       计、连接方式、密封形式、校准气体和供气手段等
              分子流导元件；G1～G15 为被校真空计；V20 为隔                       均存在一定差异。在一套装置上，通过不同校准方
              断放气阀；V21、V35、V44、V55 为差压充气阀；V4～                   法实现宽量程高精度真空参数的校准测试功能，需
              V15、V18、V23～V25、V27、V28、V32 为球阀；V16、              对三个校准模块进行同质化分析，将功能相同的系
              V34 为插板阀；V17、V22、V50～V54 为           CF16 全金      统模块进行复用设计，降低整体系统冗余；对不同
              属角阀；V19、V26 为       KF16 手动阀；V29、V33 为波           功能的系统模块进行结构优化和合并，以满足使用

              纹管阀；V30、V31 为微调阀；V36～V40、V45～V49                  要求，装置的关键功能结构复用表如表                   1 所列。


                                                  表 1 装置关键结构功能复用表
                                        Tab. 1 Function reuse table of key structures of the device
                    原理图中代号                    功能  1                      功能  2                   功能  3
                                                              校准室   VC3 采用动态流量法时的
                     校准室  VC2            静态比较法的校准室                                                 /
                                                                       进气稳压室
                                                              校准室   VC3 动态流量法校准流导         真空漏率校准时流导元件
               电容薄膜真空计      CDG1～3   静态比较法压力校准的标准器
                                                                   元件  C4 入口压力测量           C2、C3  入口压力测量
                                       动态比较法和动态流量法            校准室   VC4 采用动态流量法时的
                     校准室  VC3                                                                      /
                                          −6
                                        10 ～10 Pa 的校准室                 进气稳压室
                                               −4
                                                              校准室   VC4 动态流量法校准流导         流导元件    C5 返流比入口
                磁悬浮转子真空计      SRG1   动态比较法压力校准的标准器
                                                                   元件  C6 入口压力测量                压力测量

                  校准室     VC2 作为静态校准模块的主要结构，                    VC3 依靠动态气体流量的方式稳定入口真空压力，
                                       5
              采用一套满量程为          1.33×10  Pa、1 330 Pa、133 Pa 的   通过   SRG1 测量，解决了进气小孔入口压力的稳定
              MKS  电容薄膜真空计，在          VC2 上实现静态比较法              提供和测量问题。
                         −1
              1×10 ～1×10  Pa 的校准范围。                              1.3 超高真空应用材料放气率抑制设计
                  5
                  校准室     VC3 作为动态校准模块的主要结构，                         为满足校准室的极限真空度要求，则需要选择
              采 用 一 套 磁 悬 浮 真 空计      SRG1 实 现 动 态 比 较 法        合理的材料进行加工，同时对材料进行工艺处理，
                          −4
                  −1
              1×10 ～1×10  Pa 的校准范围，同时结合            VC2 作为       从而降低自身的漏放气。校准室本底漏放气是影
              进气稳压室，通过进气流导元件                C4 和抽气限流小           响系统真空度的主要因素之一，要快速获得极高真
                                                        −6
                                                 −4
              孔  C5 在  VC3 上实现动态流量法         1×10 ～1×10  Pa      空，降低真空系统制作材料的出气率尤为重要。
              的校准范围，解决了电离规等高真空规全量程校准                                 对于材料放气的控制，首先，采用高品质特种
              时的多次安装拆卸问题，提高了校准测试效率。                             不锈钢材料（AISI 316 L）制作校准室，要求材料致
              SRG1 能够准确测量限流小孔              C5 的返流比，可有           密，冶炼过程中含有的杂质非常少；其次，要求内表
              效减小动态流量法的测量不确定度。                                  面经过镀膜处理来减小内表面的面积和对气体分
                  校准室    VC4 作为超高真空校准模块的主要结                     子的吸附能力，对不锈钢材料进行应力释放和高温
              构，采用    VC3 作为进气室，通过磁悬浮转子真空计                      除气，减少材料内部释放出的气体；此外，计算校准
              SRG1 的测量入口压力，通过进气流导元件                  C6 和抽      室的结构得到所承受的外界环境压力，从而计算得
                                                       −6
              气限流小孔      C7 在  VC4 上实现超高真空        1×10 ～1×      到校准室的器壁的厚度，避免大气中的气体通过器
                −8
              10  Pa 的校准范围，延伸了整个装置的校准下限。                        壁渗透进入容器内；对校准室进行超高真空的清洗
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