CN111473833A - 一种容积替代法真空腔体容积测试***及其测试方法 - Google Patents

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陈静
梁明超
柏向春
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卢耀文
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Abstract

本发明公开了一种容积替代法真空腔体容积测试***及其测试方法，属于真空腔体容积测试领域；利用内置标准体积、两次气体静态膨胀对非标真空腔体容积进行精确测量的方法：将气体膨胀室中气体膨胀到被测真空室，以测定两个真空腔室的体积比，在气体膨胀室置入标准体积的条件下，将气体膨胀室中气体膨胀到被测真空室，以测定被测真空腔室的准确体积；提出操作便捷的真空测量***，其中气体膨胀室、阀门、标准体积经特殊高真空处理，具有较小的材料放气率，使气体静态膨胀过程中装置本底放气极小，保证测量的精确性。本发明的***和方法能够快速、便捷地对各型真空腔体的容积进行精确测量。

Description

一种容积替代法真空腔体容积测试***及其测试方法
技术领域
本发明属于真空腔体容积测试领域，尤其涉及一种容积替代法真空腔体容积测试***及其测试方法。
背景技术
航空发动机涡轮生产喷涂设备的气体流量控制是提高发动机叶片产品质量的关键流程，直接影响发动机性能的可靠性，喷涂设备的流量校准是保障喷涂效果的前提。基于定容法的气体流量标准装置，结构简单、成本较低，适用于小流量气体检定装置的溯源，可以满足现有航空发动机涡轮叶片喷涂设备现场校准需求。但是，定容法流量校准容易受到环境温度、定容真空室室体积、参考标准等因素的影响，而由于定容真空室及接头一般是非标定制的，形状、尺寸各异，对其容积的精确测量存在很大困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对以上问题，针对真空腔室容积高精度测试需求，本发明是提出一种容积替代法真空腔体容积测试***及其测试方法，利用内置标准体积、两次气体静态膨胀对非标真空腔体容积进行精确测量的方法，其能够快速、便捷地对各型真空腔体的容积进行精确测量。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种容积替代法真空腔体容积测试***，包括两个真空室、两个真空计、机械泵(RP)、分子泵、五个真空阀门、一个气体流量控制器、一个减压阀门、一个氮气瓶和一个恒温箱；
其中，所述机械泵分别与第一真空阀门的一端和分子泵的抽气出口连接，第一真空阀门的另一端分别与第一真空计和第一真空室连接，分子泵的抽气入口与第二真空阀门的一端连接，第二真空阀门的另一端与第一真空室连接，氮气瓶通过减压阀门与流量控制器的一端连接，流量控制器的另一端通过第三真空阀门与第一真空室连接，第四真空阀门作为第一真空室的进样阀门用于标准体积的置入和取出，第二真空计与第五真空阀门的一端与第一真空室连接，第五真空阀门的另一端与第二真空室连接。
作为本发明一种容积替代法真空腔体容积测试***的进一步优选方案，所述第一真空室，以及与其连接的法兰接头均采用高精度机床加工，加工过程采用超高真空处理包括清洗、高温退火、镀膜，使用期间定期进行整体烘烤除气处理，烘烤温度设为150℃，样品测量时，恒温箱CTB温度设定为23±1.0℃。
作为本发明一种容积替代法真空腔体容积测试***的进一步优选方案，所述第一真空计是作为监测真空计的满量程为1000Torr的全量程真空计，第二真空计为1000Torr高精度电容薄膜真空计。
作为本发明一种容积替代法真空腔体容积测试***的进一步优选方案，所述标准体积是精密加工的不锈钢金属棒，且通过计量机构计量，对其长度、直径进行计量的到其体积值，其标准体积的不确定度小于0.1％。
一种基于容积替代法真空腔体容积测试***的测试方法，具体包含如下步骤：
步骤1，将被测第二真空室通过第五真空阀门与第一真空室连接，打开第二真空计，预热12小时；
步骤2，保持恒温箱温度为23±1.0℃，依次打开监测第一真空计、机械泵、第一真空阀门、第五真空阀门对***抽真空；当监测第一真空计的示数小于10Pa时，关闭第一真空阀门，依次打开分子泵、第二真空阀门，对测试***抽真空；
步骤3，监测第一真空计示数小于1×10-4Pa时，关闭第二真空阀门、第三真空阀门、第五真空阀门，通过流量控制器向第一真空室充入一定量的的氮气后关闭第三真空阀门，用第二真空计测量第一真空室的真空度，计为p1；打开第五真空阀门，使气体膨胀大被测第二真空室，待第二真空计示数稳定后，读取示数，计为p2；
步骤4，测试***充气后，打开进样第四真空阀门，将经清洗、干燥处理后的标准体积放入第一真空室，依次打开监测第一真空计、机械泵、第一真空阀门、第五真空阀门对***抽真空；当监测第一真空计的示数小于10Pa时，关闭第一真空阀门，依次打开分子泵、第二真空阀门，对测试***抽真空；
步骤5，、监测第一真空计示数小于1×10-4Pa时，关闭第二真空阀门、第三真空阀门、第五真空阀门，通过流量控制器向第一真空室充入一定量的的氮气后关闭第三真空阀门，用第二真空计测量第一真空室的真空度，计为p3；打开第五真空阀门，使气体膨胀大被测第二真空室，待第二真空计示数稳定后，读取示数，计为p4；
步骤6，根据以下公式计算被测真空室的体积Vtest：
Figure BDA0002453729520000031
其中，Vst为标准体积的体积。
步骤7，重复步骤2至步骤5，重复测量5次，取平均值作为被测真空室容积Vtest的测量值。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明是提出一种容积替代法真空腔体容积测试***和方法，利用内置标准体积、两次气体静态膨胀对非标真空腔体容积进行精确测量的方法：首先在气体膨胀室未置入标准体积的条件下，将气体膨胀室中气体膨胀到被测真空室，以测定两个真空腔室的体积比，之后，在气体膨胀室置入标准体积的条件下，将气体膨胀室中气体膨胀到被测真空室，以测定被测真空腔室的准确体积；提出操作便捷的真空测量***，包括两个真空室(气体膨胀室和被测真空室)分子泵抽气***、高精度电容薄膜真空计、真空阀门、气体流量控制器、高纯氮气瓶和标准体积，其中气体膨胀室、阀门、标准体积经特殊高真空处理，具有较小的材料放气率，使气体静态膨胀过程中装置本底放气极小，保证测量的精确性；本发明的***和方法能够快速、便捷地对各型真空腔体的容积进行精确测量。
附图说明
图1是本发明的测试***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种容积替代法真空腔体容积测试***，如图1所示，包括第一真空室Vch、第二真空室Vtest、第一真空计G1、第二真空计G2、机械泵RP、分子泵TMP、第一真空阀门V1、第二真空阀门V2、第三真空阀门V3、第四真空阀门V4、第五真空阀门V5、一个气体流量控制器MFM、一个减压阀门V6、一个氮气瓶和一个恒温箱CTB；
其中，所述机械泵RP分别与第一真空阀门V1的一端和分子泵TMP的抽气出口连接，第一真空阀门V1的另一端分别与第一真空计G1和第一真空室Vch连接，分子泵TMP的抽气入口与第二真空阀门V2的一端连接，第二真空阀门V2的另一端与第一真空室Vch连接，氮气瓶通过减压阀门V6与流量控制器MFM的一端连接，流量控制器MFM的另一端通过第三真空阀门V3与第一真空室Vch连接，第四真空阀门V4作为第一真空室Vch的进样阀门用于标准体积Vst的置入和取出，第二真空计G2与第五真空阀门V5的一端与第一真空室Vch连接，第五真空阀门V5的另一端与第二真空室Vtest连接。
作为本发明一种容积替代法真空腔体容积测试***的进一步优选方案，所述第一真空室Vch，以及与其连接的法兰接头均采用高精度机床加工，加工过程采用超高真空处理包括清洗、高温退火、镀膜，使用期间定期进行整体烘烤除气处理，烘烤温度设为150℃，样品测量时，恒温箱CTB温度设定为23±1.0℃。
作为本发明一种容积替代法真空腔体容积测试***的进一步优选方案，所述第一真空计G1是作为监测真空计的满量程为1000Torr的全量程真空计，第二真空计G2为1000Torr高精度电容薄膜真空计。
作为本发明一种容积替代法真空腔体容积测试***的进一步优选方案，所述标准体积Vst是精密加工的不锈钢金属棒，且通过计量机构计量，对其长度、直径进行计量的到其体积值，其标准体积的不确定度小于0.1％。
一种基于容积替代法真空腔体容积测试***的测试方法，具体包含如下步骤：
步骤1，将被测第二真空室Vtest通过第五真空阀门V5与第一真空室Vch连接，打开第二真空计G2，预热12小时；
步骤2，保持恒温箱温度为23±1.0℃，依次打开监测第一真空计G1、机械泵RP1、第一真空阀门V1、第五真空阀门V5对***抽真空；当监测第一真空计G1的示数小于10Pa时，关闭第一真空阀门V1，依次打开分子泵TMP、第二真空阀门V2，对测试***抽真空；
步骤3，监测第一真空计G1示数小于1×10-4Pa时，关闭第二真空阀门V2、第三真空阀门V3、第五真空阀门V5，通过流量控制器MFM向第一真空室Vch充入一定量的的氮气后关闭第三真空阀门V3，用第二真空计G2测量第一真空室Vch的真空度，计为p1；打开第五真空阀门V5，使气体膨胀大被测第二真空室Vtest，待第二真空计G2示数稳定后，读取示数，计为p2；
步骤4，测试***充气后，打开进样第四真空阀门V4，将经清洗、干燥处理后的标准体积Vst放入第一真空室Vch，依次打开监测第一真空计G1、机械泵RP1、第一真空阀门V1、第五真空阀门V5对***抽真空；当监测第一真空计G1的示数小于10Pa时，关闭第一真空阀门V1，依次打开分子泵TMP、第二真空阀门V2，对测试***抽真空；
步骤5，、监测第一真空计G1示数小于1×10-4Pa时，关闭第二真空阀门V2、第三真空阀门V3、第五真空阀门V5，通过流量控制器MFM向第一真空室Vch充入一定量的的氮气后关闭第三真空阀门V3，用第二真空计G2测量真空室Vch的真空度，计为p3；打开第五真空阀门V5，使气体膨胀大被测第二真空室Vtest，待第二真空计G2示数稳定后，读取示数，计为p4；
步骤6，根据以下公式计算被测真空室的体积Vtest：
Figure BDA0002453729520000061
其中，Vst为标准体积的体积。
步骤7，重复步骤2至步骤5，重复测量5次，取平均值作为被测真空室容积Vtest的测量值。
综上所述，本发明是提出一种容积替代法真空腔体容积测试***和方法，能够快速、便捷地对各型真空腔体的容积进行精确测量，技术关键点如下：
本发明利用内置标准体积、两次气体静态膨胀对非标真空腔体容积进行精确测量的方法：首先在气体膨胀室未置入标准体积的条件下，将气体膨胀室中气体膨胀到被测真空室，以测定两个真空腔室的体积比，之后，在气体膨胀室置入标准体积的条件下，将气体膨胀室中气体膨胀到被测真空室，以测定被测真空腔室的准确体积；
本发明提出操作便捷的真空测量***，包括两个真空室(气体膨胀室和被测真空室)分子泵抽气***、高精度电容薄膜真空计、真空阀门、气体流量控制器、高纯氮气瓶和标准体积，结构简单，操作简便；
本发明***气体膨胀室、阀门、标准体积经特殊高真空处理，抑制部件材料真空放气，使气体静态膨胀过程中装置本底放气极小，保证测量的精确性。

Claims (5)

1.一种容积替代法真空腔体容积测试***，其特征在于，包括两个真空室(Vch、Vtest)、两个真空计(G1，G2)、机械泵(RP)、分子泵(TMP)、五个真空阀门(V1，V2，V3，V4，V5)、一个气体流量控制器(MFM)、一个减压阀门(V6)、一个氮气瓶和一个恒温箱(CTB)；
其中，所述机械泵(RP)分别与第一真空阀门(V1)的一端和分子泵(TMP)的抽气出口连接，第一真空阀门(V1)的另一端分别与第一真空计(G1)和第一真空室(Vch)连接，分子泵TMP的抽气入口与第二真空阀门(V2)的一端连接，第二真空阀门(V2)的另一端与第一真空室(Vch)连接，氮气瓶通过减压阀门(V6)与流量控制器(MFM)的一端连接，流量控制器(MFM)的另一端通过第三真空阀门(V3)与第一真空室(Vch)连接，第四真空阀门(V4)作为第一真空室(Vch)的进样阀门用于标准体积(Vst)的置入和取出，第二真空计(G2)与第五真空阀门(V5)的一端与第一真空室(Vch)连接，第五真空阀门(V5)的另一端与第二真空室(Vtest)连接。
2.根据权利要求1所述的一种容积替代法真空腔体容积测试***，其特征在于，所述第一真空室(Vch)，以及与其连接的法兰接头均采用高精度机床加工，加工过程采用超高真空处理包括清洗、高温退火、镀膜，使用期间定期进行整体烘烤除气处理，烘烤温度设为150℃，样品测量时，恒温箱CTB温度设定为23±1.0℃。
3.根据权利要求1所述的一种容积替代法真空腔体容积测试***，其特征在于，所述第一真空计(G1)是作为监测真空计的满量程为1000Torr的全量程真空计，第二真空计(G2)为1000Torr高精度电容薄膜真空计。
4.根据权利要求1所述的一种容积替代法真空腔体容积测试***，其特征在于，所述标准体积(Vst)是精密加工的不锈钢金属棒，且通过计量机构计量，对其长度、直径进行计量的到其体积值，其标准体积的不确定度小于0.1％。
5.一种基于权利要求1至4任一项所述的容积替代法真空腔体容积测试***的测试方法，其特征在于，具体包含如下步骤：
步骤1，将被测第二真空室(Vtest)通过第五真空阀门(V5)与第一真空室(Vch)连接，打开第二真空计(G2)，预热12小时；
步骤2，保持恒温箱温度为23±1.0℃，依次打开监测第一真空计(G1)、机械泵(RP1)、第一真空阀门(V1)、第五真空阀门(V5)对***抽真空；当监测第一真空计(G1)的示数小于10Pa时，关闭第一真空阀门V1，依次打开分子泵(TMP)、第二真空阀门(V2)，对测试***抽真空；
步骤3，监测第一真空计(G1)示数小于1×10-4Pa时，关闭第二真空阀门(V2)、第三真空阀门(V3)、第五真空阀门(V5)，通过流量控制器(MFM)向第一真空室(Vch)充入一定量的的氮气后关闭第三真空阀门(V3)，用第二真空计(G2)测量第一真空室(Vch)的真空度，计为p1；打开第五真空阀门(V5)，使气体膨胀大被测第二真空室(Vtest)，待第二真空计(G2)示数稳定后，读取示数，计为p2；
步骤4，测试***充气后，打开进样第四真空阀门(V4)，将经清洗、干燥处理后的标准体积(Vst)放入第一真空室(Vch)，依次打开监测第一真空计(G1)、机械泵(RP1)、第一真空阀门(V1)、第五真空阀门(V5)对***抽真空；当监测第一真空计(G1)的示数小于10Pa时，关闭第一真空阀门(V1)，依次打开分子泵(TMP)、第二真空阀门(V2)，对测试***抽真空；
步骤5，、监测第一真空计(G1)示数小于1×10-4Pa时，关闭第二真空阀门(V2)、第三真空阀门(V3)、第五真空阀门(V5)，通过流量控制器(MFM)向第一真空室(Vch)充入一定量的的氮气后关闭第三真空阀门(V3)，用第二真空计(G2)测量第一真空室(Vch)的真空度，计为p3；
打开第五真空阀门(V5)，使气体膨胀大被测第二真空室(Vtest)，待第二真空计(G2)示数稳定后，读取示数，计为p4；
步骤6，根据以下公式计算被测真空室的体积Vtest：
Figure FDA0002453729510000031
其中，Vst为标准体积的体积。
步骤7，重复步骤2至步骤5，重复测量5次，取平均值作为被测真空室容积Vtest的测量值。
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