標(biāo)準(zhǔn)漏孔有兩種形式：一種，漏孔一端真空另一端為一個(gè)大氣壓的示漏氣體，稱做真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔；另一種，漏孔一端大氣另一端加高于一個(gè)大氣壓的示漏氣體，常稱做正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔。前一種漏孔大多用來對(duì)氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行校準(zhǔn)；后者多用在對(duì)鹵素檢漏儀進(jìn)行校準(zhǔn)的正壓漏孔。目前正壓檢漏儀器，以其操作方便、便攜、檢漏成本低等優(yōu)勢(shì)，在制冷、機(jī)械、汽車制造等行業(yè)被廣泛采用。正壓漏孔用于正壓檢漏儀靈敏度校準(zhǔn)，其漏率校準(zhǔn)的不確定度直接關(guān)系到檢漏儀的檢漏儀靈敏度和檢漏的有效性。

　　目前國內(nèi)外許多國家標(biāo)準(zhǔn)漏孔的校準(zhǔn)規(guī)范包括了對(duì)正壓漏孔的校準(zhǔn)方法和對(duì)應(yīng)裝置。我國航天部門的有關(guān)單位針對(duì)正壓檢漏的需要，也建立了一套很復(fù)雜的正壓漏孔校準(zhǔn)系統(tǒng)，因該系統(tǒng)成本高，很難推廣。本文建立的改進(jìn)型漏孔校準(zhǔn)裝置（以下簡(jiǎn)稱裝置）具有成本低，不確定度小，自動(dòng)化度高，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，易于推廣。

1.1、裝置結(jié)構(gòu)

　　本裝置為體積補(bǔ)償結(jié)構(gòu)如圖1所示，裝置采用MKS公司生產(chǎn)差壓薄膜規(guī)698A，量程為1.33kPa，測(cè)量精度為示值的0.05%，最小壓強(qiáng)分辨率為0.001Pa，不重復(fù)性為0.001%FS(FS為滿量程)，零點(diǎn)溫度系數(shù)30ppm.FS/℃，滿量程的溫度系數(shù)0.01%FS/℃，測(cè)量活塞外徑2.352mm，測(cè)量誤差不超過±5μm，活塞桿由千分尺推動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)分辨率0.1℃，大氣壓力由DHI公司生產(chǎn)的數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量精度為0.012%。該裝置有恒壓、定容兩種操作方法。

1.2、恒壓操作方法和工作原理

1.2、恒壓操作方法和工作原理

　　Q=P₀·X·A·T_τ/T·Δt (1)

　　式中：Q--標(biāo)準(zhǔn)漏孔的漏率，單位Pa·m³/s;
　　　　　P₀--當(dāng)t1時(shí)校準(zhǔn)室內(nèi)的絕對(duì)壓力，(可以用t1時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Υ�替），單�?Pa；
　　　　　A--活塞桿截面積，單位m²;
　　　　　X--活塞移動(dòng)距離(L2-L1)，單位m;
　　　　　Tτ--標(biāo)準(zhǔn)漏孔的參考溫度，單位K;
　　　　　T--環(huán)境溫度，單位K;
　　　　　Δt--校準(zhǔn)開始、結(jié)束的時(shí)間間隔（t2-t1），單位 1。

　　此方法所校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏率不能太小，否則活塞移動(dòng)所造成的壓力波動(dòng)影響太大。通過試驗(yàn)，大于 10^-5Pa·m³/s的漏率可以方便地使用此方法。該種校準(zhǔn)方法以及其校準(zhǔn)不確定度已經(jīng)有文章做過介紹 。對(duì)于小于10^-5 Pa·m³/s的漏率需要采用另一種方法校準(zhǔn)，另外該方法無法實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)漏率測(cè)量和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集。

1.3、定容操作方法和工作原理

　　定容法不能利用Q=△P·Vx/△t公式來計(jì)算，因?yàn)楸∧び?jì)是靠薄膜的彈性變形原理來測(cè)量壓力的，所以 Vt、Vx都發(fā)生了變化，并且嚴(yán)重影響了校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的正確性。以本裝置為例會(huì)造成大約20%的負(fù)偏差。我們通過理論推導(dǎo)計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)漏入氣體量和壓力值大致成線性關(guān)系。

　　根據(jù)有在理想氣體狀態(tài)方程恒溫條件下：

　　P0·Vt=Pτ·(Vτ-△V)  (2)
　　P0·Vx=Px·(Vx+△V)+Q·t (3)
　　根據(jù)上式可以得到：
　　Q·t=Vx·[P₀·(Px/P₀·Vx + P_τ/P0·V_τ)·△V+P] (4)
　　在△P小于1KPa時(shí)Px/P₀和P_τ/P₀近似于1，則
　　Q·t=Vx·[P0·(1/Vx+1/V_τ)·△V+P] (5)
　　根據(jù)差壓薄膜規(guī)工作原理， △V正比于P，則有Q·t 正比于P，可以得到
　　Q=k dP/dt=k· d(P₀+P)/dt= k dP/dt (6)

　　為了證明式（6）的成立，我們采用了實(shí)驗(yàn)的方法，先關(guān)閉閥門1和閥門2，移動(dòng)千分尺帶動(dòng)活塞移動(dòng)，如果活塞位移量X與薄膜計(jì)壓力示值符合線性關(guān)系，一定有△V 與 △P 符合線性關(guān)系。驗(yàn)證數(shù)據(jù)如表1所示。

　　表1數(shù)據(jù)證明了本裝置漏入氣體量和薄膜計(jì)壓力示值符合線性關(guān)系，其線性誤差不大于示值的0.3%，能夠滿足正壓漏孔漏率校準(zhǔn)的要求。體積系數(shù)k值可以通過以下方法測(cè)得：安裝好標(biāo)準(zhǔn)漏孔，將千分尺調(diào)節(jié)至0mm 的位置，關(guān)閉閥門1和閥門2，等系統(tǒng)穩(wěn)定后讀取薄膜計(jì)壓力示值p₁，推進(jìn)千分尺至 x mm 處， 讀取薄膜計(jì)壓力示值 P2。k值可以按下式計(jì)算：

　　k=P₀·x·A/(P₂-P₁)  (7)

　　其中： k為體積系數(shù)，單位m³；A為活塞截面積，單位m²。

　　重復(fù)以上步驟至少三次， 其k值計(jì)算偏差不超過±1%，否則必須檢查系統(tǒng)是否漏氣。然后系統(tǒng)放空后再重新關(guān)閉閥門1和閥門2，當(dāng)薄膜計(jì)壓力示值穩(wěn)定上升后開始計(jì)時(shí)， 根據(jù)式（6）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)漏孔的漏率值。

2、裝置的最佳校準(zhǔn)能力及驗(yàn)證

　　只有在溫度T恒定、薄膜計(jì)不重復(fù)性為零、 參考室和校準(zhǔn)室沒有任何吸放氣和漏氣現(xiàn)象的理想狀態(tài)下式 （6）才嚴(yán)格成立。實(shí)際上以上條件不會(huì)完全成立， 必須對(duì)以上各項(xiàng)引入的不確定度分量進(jìn)行考慮， 列于表2。

　　該裝置的標(biāo)準(zhǔn)總不確定度， 取k=2得到該裝置對(duì) 2×10^-6Pa·m³/s標(biāo)準(zhǔn)漏孔的總不確定度為U95=2u(Q)=4%。并且從表2可以看出， 對(duì)于漏率大于 2×10^-6Pa·m³/s 標(biāo)準(zhǔn)漏孔，漏、放氣和溫度波動(dòng)引起的誤差都相對(duì)小， 從而可以降低總不確定度。

　　我們對(duì)大量的通道型標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行了重復(fù)性測(cè)試，完全驗(yàn)證了裝置的校準(zhǔn)能力， 例如對(duì)LS-20B型可調(diào)鹵素漏率標(biāo)準(zhǔn)器在不同的漏率點(diǎn)測(cè)試， 測(cè)量誤差完全符合線性關(guān)系， 另外同毛細(xì)管水柱位移裝置測(cè)得數(shù)據(jù)誤差不超過15%， 見圖2所示。

3、結(jié)論

　　改進(jìn)型的正壓漏孔裝置，其校準(zhǔn)范圍是 1×10 ^-4 Pa·m³/s~ 1×10 ^-7 Pa·m³/s，最佳校準(zhǔn)能力在漏率2×10^-6Pa·m³/s 時(shí)小于4.0%。

　　該裝置為體積補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，不確定度小，成本低，自動(dòng)化程度高，易操作和推廣。在我們的研究試驗(yàn)過程中借鑒蘭州物理研究所的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)， 并得到了費(fèi)渭南研究員的熱情指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。因?yàn)槲覀兊难芯窟�處于開始階段， 還有許多工作在試驗(yàn)過程中，另外經(jīng)驗(yàn)和能力有限， 所以肯定有不成熟的地方，懇切希望有關(guān)專家對(duì)我們的工作提出批評(píng)和建議。