CN104236816A - 一种检漏仪器在线校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检漏仪器在线校准装置及方法，该校准装置适用的检漏仪器(21)包括容器(19)和压力计(18)，所述校准装置主要由供气系统I(1)、供气系统II(14)、针阀(2)、截止阀(3、6、8、10、13、15、17)、稳压室(5)、正压标准漏孔(9)、校准室(12)、压力计I(4)、压力计II(11)、抽气系统I(7)及抽气系统II(16)组成；该在线校准装置能够实现对基于定容升压法原理的检漏仪器的校准，校准范围较宽，满足对多种示漏气体的校准。

Description

一种检漏仪器在线校准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检漏仪器在线校准装置及方法，属于测量技术领域。

背景技术

基于定容升压法原理的检漏仪器是一种新型的检漏仪器，它操作简单，适用于对各真空系统及装置不同气体泄漏值的检测，因此精确校准该检漏仪器，具有十分重要的意义。随着我国载人飞船、空间站等航天技术的发展，对于飞船的舱门之间、飞船舱门与空间站舱门之间等小容积的气密性检测均采用基于定容升压法原理的检漏仪器，因此对该类型的检漏仪器的需求不断增加。近年来，随着载人飞船、空间站等任务对气密性检测精度的提高，对该检漏仪器测量的准确度、可靠性要求也愈来愈高，因此需要实现对该检漏仪器的精确校准。目前，尚没有针对该检漏仪器的校准装置。

因此，需要设计一种具有测量范围宽、测量不确定度小的在线校准装置，采用多种示漏气体，实现基于定容升压法原理的检漏仪器的校准。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，设计一种检漏仪器在线校准装置及方法，该在线校准装置能够实现对基于定容升压法原理的检漏仪器的校准，校准范围较宽，满足对多种示漏气体的校准。

本发明的技术解决方案是：

一种检漏仪器在线校准装置，该校准装置适用的检漏仪器包括容器和压力计，所述校准装置主要由供气系统I、供气系统II、针阀、截止阀、稳压室、正压标准漏孔、校准室、压力计I、压力计II、抽气系统I及抽气系统II组成；

连接关系为：供气系统I依次通过针阀和截止阀与稳压室相连形成第一供气管路，抽气系统I通过截止阀与稳压室相连形成第一抽气管路，压力计I与稳压室相连；供气系统II通过截止阀与校准室相连形成第二供气管路，抽气系统II通过截止阀与校准室相连形成第二抽气管路，压力计II与校准室相连；稳压室通过截止阀与正压标准漏孔的入口相连，正压标准漏孔的出口通过截止阀与校准室相连形成校准管路；校准室进一步通过截止阀与检漏仪器相连。

一种基于检漏仪器在线校准装置的在线校准方法，具体过程为：

S01、启动抽气系统I和抽气系统II，打开截止阀，抽除在线校准装置中的气体；

S02、关闭第一抽气管路和第二抽气管路上的截止阀，关闭与检漏仪器21相连的截止阀；打开供气系统I和针阀，向稳压室内充入气体；打开供气系统II和第二供气管路上的截止阀，向校准室内充入气体，保证稳压室内的气体压力大于校准室的大气压力；

S03、关闭供气系统I和供气系统II，关闭第一供气管路上的针阀和截止阀，关闭第二供气管路上的截止阀；待稳压室和校准室中气体压力稳定后，记录压力计I所测的压力p₀；记录累积开始时刻t₁及t₁时刻压力计II所测的初始压力p₁；待校准室中气体累积一段时间后，记录结束时刻t₂及t₂时刻压力计II所测的压力p₂；再计算正压标准漏孔9的漏率Q_s＝V(P₂-P₁)/t₂-t₁，其中V为校准室的容积；

S04、打开供气系统I、第一供气管路上的针阀和截止阀，向稳压室中充入气体，使压力计I所测的压力为p₀；打开供气系统II、第二供气管路上的截止阀及与检漏仪器相连的截止阀，向校准室和检漏仪器中的容器中充入气体，使压力计II所测的压力为p₁，记录累积开始时刻t₃和t₃时刻检漏仪器中压力计测量的压力p₃；累积一段时间后，记录结束时间t₄及压力计测量压力p₄，分别计算正压标准漏孔在累积时间内流出的气体量I₁，I₁＝Q_s×(t₄-t₃)，检漏仪器测得的漏率值Q_L，检漏仪器所反应的气体量为I₂＝Q_L×(t₄-t₃)，其中v为容器的容积；

S05、计算检漏仪器的校准系数实现对检漏仪器的校准。

进一步地，为了满足正压标准漏孔流出的气体流量在1×10^-5Pa·m³/s～1×10^-3Pa·m³/s范围的要求，正压标准漏孔可以改变入口及出口气体压力。

进一步地，为了减小测量不确定度，使校准室的容积应与检漏仪器内部容器容积相同或相近。

进一步地，为了满足对不同示漏气体的校准要求，供气系统I和供气系统II，可以同时提供同一种气体，也可交叉提供不同的气体。

有益效果

本发明公开的一种检漏仪器在线校准装置，能够通过供气系统提供多种示漏气体，原位置测量正压标准漏孔的标准流量，实现对1×10^-5Pa·m³/s～1×10^-3Pa·m³/s范围内基于定容升压法原理的检漏仪器的在线校准。

附图说明

图1为本发明用一种检漏仪器在线校准装置的结构设计原理示意图。

1-供气系统I、14-供气系统II，2-针阀，3、6、8、10、13、15、17-截止阀，5-稳压室，9-正压标准漏孔，12-校准室，4-压力计I,11-压力计II，7-抽气系统I，16--抽气系统I I，21-检漏仪器，19-容器19，18-压力计，20-其他部分。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明设计的一种检漏仪器在线校准装置，该校准装置适用的检漏仪器21包括容器19、压力计18、其他部分20等，所述校准装置主要由供气系统I1、供气系统II14、针阀2、截止阀3、6、8、10、13、15、17、稳压室5、正压标准漏孔9、校准室12、压力计I4、压力计II11、抽气系统I7及抽气系统II16组成；连接关系为：

供气系统I1依次通过针阀2和截止阀3与稳压室5相连形成第一供气管路，抽气系统I7通过截止阀6与稳压室5相连形成第一抽气管路，压力计I4与稳压室5相连；供气系统II14通过截止阀13与校准室12相连形成第二供气管路，抽气系统II16通过截止阀15与校准室12相连形成第二抽气管路，压力计II11与校准室12相连；稳压室5通过截止阀8与正压标准漏孔9的入口相连，正压标准漏孔9的出口通过截止阀10与校准室12相连形成校准管路；校准室12进一步通过截止阀17与检漏仪器21相连。

本发明供气系统由两路组成，可以按照要求提供多种示漏气体，第一路供气系统I1通过针阀2及截止阀3与稳压室5连接，为正压标准漏孔9入口提供所需压力的气体；第二路供气系统II14通过截止阀13与校准室12连接，为正压标准漏孔9出口及校准室12提供所需压力的气体。抽气系统共有两路，第一路抽气系统I7通过截止阀6接入稳压室5，可以抽除稳压室中多余的气体；第二路抽气系统II16通过截止阀15接入校准室12，可以抽除校准室12中的气体；压力计4、11、18用于分别测量稳压室5、校准室12、检漏仪内部容器19中气体的压力。正压标准漏孔9两端通过截止阀8、10与系统相连，可以通过改变入口气体压力提供不同的标准流量，该流量可以通过校准装置在线、即时的测量。

本发明所有管道、截止阀、针阀、稳压室、校准室等采用的材料均为不锈钢。

一种基于检漏仪器在线校准装置的在线校准方法，

在线校准的原理为：为了减小测量不确定度，首先在一定入口气体压力及出口压力条件下，采用定容升压法对正压标准漏孔的流量进行原位置测量；其次，在正压标准漏孔入口气体压力及出口气体压力条件不变的情况下，将正压标准漏孔提供的标准流量引入校准室中，并将校准室与检漏仪器连通，正压标准漏孔提供的标准流量将引起校准室及检漏仪器内部容器的压力上升，通过计算得到正压标准漏孔引起的气体量、检漏仪器测量漏率引起的气体量，通过对两种气体量的比较实现对检漏仪器的在线校准。

具体过程为：

S01、启动抽气系统I7和抽气系统II16，打开截止阀3、6、8、10、15、17，抽除在线校准装置中的气体。

S02、关闭第一抽气管路和第二抽气管路上的截止阀6、15，关闭与检漏仪器21相连的截止阀17；打开供气系统I1和针阀2，向稳压室5内充入满足压力要求的气体；打开供气系统II14和第二供气管路上的截止阀13，向校准室12内充入满足压力要求的气体；所述满足压力要求为时稳压室5中的气体压力大于校准室12中的气体压力，较佳使气体压力差在一个大气压以上；同时为了使在正压标准漏孔流出气体的过程中，稳压室中气体压力变化不大于5％，稳压室的容积应满足上述要求。

S03、关闭供气系统I1和供气系统II14，关闭针阀2和截止阀3，关闭第二供气管路上的截止阀13；待稳压室5和校准室12中气体压力稳定后，记录稳压室5中连接的压力计I4的压力p₀为200.2Kpa；记录累积开始时刻t₁为8:40:00，及累积开始时刻与校准室12相连的压力计II11初始压力p₁为100.1Kpa，累积一段时间后，记录结束时刻t₂为9:00:00及压力计II的压力p₂为106.5Kpa，校准室12容积为V为205.4mL，计算得到正压标准漏孔的漏率Q_s；

$Q_s=V\frac{(p_2-p_1)}{(t_2-t_1)}---\left(1\right)$

式(1)中：

Q_s—正压标准漏孔提供的漏率，Pa·m³/s；

V—校准室容积，m³；

p₁—校准室中的累积初始压力，Pa；

p₂—校准室中的累积结束压力，Pa；

t₁—校准室中的累积初始时刻，s；

t₂—校准室中的累积结束时刻，s.

S04、打开供气系统I1、第一供气管路上的针阀2和截止阀3，向稳压室5中充入压力为p₀＝200.2Kpa的气体，p₀由压力计I4测量；打开供气系统II14、第二供气管路上的截止阀13及与检漏仪器21相连的截止阀17，向校准室(12)和检漏仪器21中的容器19中充入压力为p₁＝100.1Kpa的气体，p₁由压力计II11测量，同时由检漏仪器21中压力计18测量此时压力p₃为100.3Kpa，记录累积开始时刻t₃为9:10:00，累积一段时间后，记录结束时间t₄为9:30:00，此时压力计18测量压力p₄为103.7Kpa，检漏仪器21内部容器19的容积v为199.9mL，分别可计算得到正压标准漏孔9在累积时间内流出的气体量I₁，检漏仪器测得的漏率值Q_L，检漏仪器所反应的气体量为I₂。

I₁＝Q_s×(t₄-t₃)              (2)

式(2)中：

I₁—正压标准漏孔流出的气体量，Pa·m³；

t₃—校准室中的累积初始时刻，s；

t₄—校准室中的累积结束时刻，s。

$Q_L=(V+v)\frac{(p_4-p_3)}{(t_4-t_3)}---\left(3\right)$

式(3)中：

Q_L—检漏仪器的漏率值，Pa·m³/s；

V—校准室容积，m³；

v—检漏仪器内部容器的容积，m³；

p₃—校准室及检漏仪器中的累积初始压力，Pa；

p₄—校准室及检漏仪器中的累积结束压力，Pa；

t₃—校准室及检漏仪器中的累积初始时刻，s；

t₄—校准室及检漏仪器中的累积结束时刻，s；

I₂＝Q_L×(t₄-t₃)               (4)

式(4)中：

I₂—检漏仪器反应的气体量，Pa·m³。

S05、比较正压标准漏孔9在累积时间内流出的气体量I₁、及检漏仪器所反应的气体量I₂，实现对检漏仪器的校准,校准系数为K。

$K=\frac{I_1}{I_2}=\frac{Q_s}{Q_L}---\left(5\right)$

式(5)中：

K—检漏仪器的校准系数，无单位。

最终，正压标准漏孔9在入口气体压力p₀为200.2Kpa，出口气体压力p₁为100.1Kpa的条件下，计算的到Q_s为1.10×10^-3Pa·m³/s。检漏仪器9在入口气体压力p₀为200.2Kpa，出口气体压力p₁为100.1Kpa的条件下，检漏仪器的漏率值Q_L为1.15×10^-3Pa·m³/s；则检漏仪器校准系数为0.95；根据上述校准系数实现对检漏仪器21的校准。

本发明还可以改变正压标准漏孔9入口及出口压力，得到检漏仪器的漏率值Q_L为1.08×10^-5Pa·m³/s，则检漏仪器校准系数为0.96；从而实现了对不同漏率要求的检漏仪器的校准。

Claims (4)

1.一种检漏仪器在线校准装置，该校准装置适用的检漏仪器(21)包括容器(19)和压力计(18)，其特征在于，所述校准装置主要由供气系统I(1)、供气系统II(14)、针阀(2)、截止阀(3、6、8、10、13、15、17)、稳压室(5)、正压标准漏孔(9)、校准室(12)、压力计I(4)、压力计II(11)、抽气系统I(7)及抽气系统II(16)组成；

连接关系为：供气系统I(1)依次通过针阀(2)和截止阀(3)与稳压室(5)相连形成第一供气管路，抽气系统I(7)通过截止阀(6)与稳压室(5)相连形成第一抽气管路，压力计I(4)与稳压室(5)相连；供气系统II(14)通过截止阀(13)与校准室(12)相连形成第二供气管路，抽气系统II(16)通过截止阀(15)与校准室(12)相连形成第二抽气管路，压力计II(11)与校准室(12)相连；稳压室(5)通过截止阀(8)与正压标准漏孔(9)的入口相连，正压标准漏孔(9)的出口通过截止阀(10)与校准室(12)相连形成校准管路；校准室(12)进一步通过截止阀(17)与检漏仪器(21)相连。

2.一种基于权利要求1所述在线校准装置的在线校准方法，其特征在于，具体过程为：

S01、启动抽气系统I(7)和抽气系统II(16)，打开截止阀(3、6、8、10、15、17)，抽除在线校准装置中的气体；

S02、关闭第一抽气管路和第二抽气管路上的截止阀(6、15)，关闭与检漏仪器(21)相连的截止阀(17)；打开供气系统I(1)和针阀(2)，向稳压室(5)内充入气体；打开供气系统II(14)和第二供气管路上的截止阀(13)，向校准室(12)内充入气体，保证稳压室(5)内的气体压力大于校准室(12)的气体压力；

S03、关闭供气系统I(1)和供气系统II(14)，关闭第一供气管路上的针阀(2)和截止阀(3)，关闭第二供气管路上的截止阀(13)；待稳压室(5)和校准室(12)中气体压力稳定后，记录压力计I(4)所测的压力p₀；记录累积开始时刻t₁及t₁时刻压力计II(11)所测的初始压力p₁；待校准室(12)中气体累积一段时间后，记录结束时刻t₂及t₂时刻压力计II(11)所测的压力p₂；再计算正压标准漏孔(9)的漏率Q_s＝V(P₂-P₁)/t₂-t₁，其中V为校准室(12)的容积；

S04、打开供气系统I(1)、第一供气管路上的针阀(2)和截止阀(3)，向稳压室(5)中充入气体，使压力计I(4)所测的压力为p₀；打开供气系统II(14)、第二供气管路上的截止阀(13)及与检漏仪器(21)相连的截止阀(17)，向校准室(12)和检漏仪器(21)中的容器(19)中充入气体，使压力计II(11)所测的压力为p₁，记录累积开始时刻t₃和t₃时刻检漏仪器(21)中压力计(18)测量的压力p₃；累积一段时间后，记录结束时间t₄及压力计(18)测量压力p₄，分别计算正压标准漏孔(9)在累积时间内流出的气体量I₁，I₁＝Q_s×(t₄-t₃)，检漏仪器(21)测得的漏率值Q_L，检漏仪器所反应的气体量为I₂＝Q_L×(t₄-t₃)，其中v为容器(19)的容积；

S05、计算检漏仪器的校准系数实现对检漏仪器的校准。

3.根据权利要求2所述的在线校准方法，其特征在于，所述校准室(12)的容积与检漏仪器(21)内部容器(19)容积相同或相近。

4.根据权利要求2所述的在线校准方法，其特征在于，所述供气系统I(1)和供气系统II(14)，可以同时提供同一种气体，也可交叉提供不同的气体。