德國聯(lián)邦物理研究院(PTB)的質(zhì)譜計校準技術(shù)

2013-05-24 任國華 蘭州空間技術(shù)物理研究所

  德國的PTB 研制出了基于中紅外激光吸收光譜法的分壓力校準系統(tǒng),利用氣體分子發(fā)出的光譜強度來測量混合氣體分壓力的大小,質(zhì)譜計校準系統(tǒng)工作原理如圖4 所示。

德國PTB 建立的質(zhì)譜計校準系統(tǒng)原理圖

圖4 德國PTB 建立的質(zhì)譜計校準系統(tǒng)原理圖

  1.激光控制器 2.單色器 3.出光裝置 4.斬波器 5.HERRIOTT 腔 6.干涉儀距離測量裝置 7.鏡片移動裝置 8.粗抽機械泵 9.渦輪分子泵 10.隔斷閥 11.一氧化碳氣瓶 12.氮氣氣瓶 13.濺射離子泵 14.電容薄膜規(guī) 15.磁懸浮轉(zhuǎn)子規(guī) 16.電離規(guī) 17.四極質(zhì)譜計 18.溫度計 19.光敏感器 20.工控機

  這套系統(tǒng)的校準方法是,由激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光通過濾波器和一組反射鏡進入校準室,激光和校準室中的氣體分子相互作用,生成干涉光譜,再從校準室中引出到信息接收與處理系統(tǒng),在校準室中總壓力已知的條件下,便可以通過計算得到混合氣體中各個氣體成分的分壓力。這種方法的優(yōu)點在于測量過程中不會產(chǎn)生額外的雜質(zhì)分子,從而避免了測量過程中產(chǎn)生雜質(zhì)對原有殘余氣體成分測量的影響,具有無干擾的特點,適合于精度要求比較高,而且殘余氣體成分已知情況下的分壓力測量。

  這套質(zhì)譜計校準裝置的測量范圍相當大,真空度從103 ~ 10-5 Pa 都可以準確的測量,不確定度約3%。但缺點也是很明顯,第一這套系統(tǒng)只能測量一些已知光譜的氣體分壓力,比如一氧化碳、二氧化碳和水,對于其他的氣體則無法測量。第二在氣體和激光相互作用的校準室的兩個反射球面很難制造。第三兩個鏡片之間的距離要求很高,設(shè)計難度較大。第四實驗場所的要求高,實驗場所不能有震動。第五在進行分壓力測量時要受到總壓力大小的影響。