恒壓式氣體微流量表的測量誤差綜合
恒壓式氣體微流量表(CPFM)被多個行政區劃級試驗室選作為計量學設施,用來校準真空規和真空漏孔。該文從實踐上對CPFM和帶參考室的CPFM的流量測量誤差繼續了綜合。測量內中中熱度穩定和壓力穩定對CPFM的流量測量誤差作用較大。為CPFM增多一個適當的參考室,能夠減小測量內中中變容室熱度變遷對CPFM的流量測量誤差的奉獻。1、小引
新世紀60年歲當前,因為靜態流量法真空規范的需要,增進了高正確度的氣體微流量表的停滯。恒壓式氣體微流量表所以存在量程寬、測量正確、輸入流量穩固等特點,被多個行政區劃級試驗室選作為計量學設施,用來校準真空規和真空參考漏孔。
白文從測量原理上面對恒壓式氣體微流量表可能存在的測量誤差繼續實踐綜合,并依據后果對恒壓式氣體微流量表的設計給出一些提議。2、恒壓式氣體微流量表的測量誤差綜合
設恒壓式氣體微流量表的變容室中氣體在測量起始時的壓力、體積和熱度別離為P、V和T,測量終了時的壓力變遷量、體積變遷量和熱度變遷量別離為△P、△V和△T，測量工夫為△t,則流量值Q由式(1)示意。式中R為普適氣體常數。
(1)
設各參量的理論測量值別離存在測量誤差δP、δT、δ(△V)、δ(△t)和δQ,流量的測量值Q′為
則流量的測量誤差為
為便于劃算和探討,令流量的測量誤差絕對值相近為
(4)
因為δ(△V)<<△V、δ(△t)<<△t、δP<<P、△P<<P、δT<<T'、△T<<T'，故可省略δ(△V)、δ(△t)、δP、△P、δT和△T的二次之上(含二次)項,則式(4)能夠簡化為:
其中。另外,還須要思忖氣體微流量表的吸放氣和透氣問題。那末其吸放氣率和漏率別離為QG和QL,則流量測量誤差為
將式(6)的等號兩邊取相對值,則恒壓式氣體微流量表的流量測量誤差為
其中，這一項誤差重要由測量內中中變容室的熱度穩定和壓力穩定導致,熱度和壓力的變遷被系數放大后,使δQTP項較大。若要減小這項誤差,除非在測量內中中放量減小熱度穩定和壓力穩定以外,更要在設計恒壓式氣體微流量表時盡可能增大△V和減小V。然而務必留神,增大△V會延伸測量工夫,導致熱度穩定和壓力穩定增大,V太小又會帶來壓力測量的誤差和困苦。3、帶參考室的恒壓式氣體微流量表
為了拓展恒壓式氣體微流量表的測量規模,變容室內氣體的作業壓力通常能夠在多個單位級規模設定,而在對變容室內的氣體繼續恒壓掌握時,又務必可以銳敏地測量出變容室內氣體壓力的微弱變遷。顯然,若采納同一只真空規來正確而銳敏地測質變容室內的氣體壓力及其變遷是無比困苦的。為此,用來真空計量學的恒壓式氣體微流量表都增多了一個參考室,測量前在參考室中封存與變容室中壓力大體相反的氣體。測量時,參考室密閉,利用差壓式真空規測質變容室絕對于參考室的壓力差DP,測控零碎掌握變容室的體積使差壓式真空規的測量值恒定。
假如測量起始時參考室的壓力和熱度別離為PR和TR,測量終了時參考室的壓力變遷量和熱度變遷量別離為△PR和△TR,變容室絕對于參考室的壓力差變遷量為△(DP),參考室壓力的測量誤差和差壓式真空規的測量誤差別離為δPR和δDP;流量的測量值Q′仍用式(2)劃算,但其中的P′為
(8)
則流量的測量誤差為
(9)
同樣,為便于劃算和探討,令流量的測量誤差絕對值相近為
(10)
省略去δ(△V)、δ(△t)、δPR、△PR、δDP、△DP、δT和△T的二次之上(含二次)項,則式(10)簡化為
再思忖到氣體微流量表的吸放氣和透氣問題后,則恒壓式氣體微流量表的流量測量誤差為
因為變容室內的壓力是經過測量參考室的壓力和測質變容室絕對于參考室的壓力差而失去的，故式(11)、(12)也能夠別離間接由式(5)、(7)而失去,即測量內中中變容室的壓力變遷δP等于δPR+δDP,變容室的壓力測量誤差δP對應于δPR+δDP。然而δQRTP/QR項與δQTP/Q項相對不僅僅是內容上的相反,δQTP/Q項中變容室的壓力變遷△P重要由恒壓掌握動機確定,與熱度變遷△T沒無關系;而在δQRTP/QR項中則相反了,測控零碎僅掌握△DP恒定,△PR與△T能夠有親密關系。
在流量測量內中中,參考室是密閉的。假如參考室在測量內中中無吸放氣和透氣景象,△PR徹底是因為熱度變遷而導致的,則參考室中的氣體該當相符波義耳-馬略一定理:
(13)
從式(13)中解出△PR,代入δQRTP/QR，則
(14)
其中,△DP重要由恒壓掌握動機確定,與熱度變遷△T和△TR都沒無關系;而參考室的熱度變遷量只有與變容室的熱度變遷量瀕臨,就能夠減小變容室的熱度變遷對δQRTP/QR項誤差的奉獻。因而,在設計恒壓式氣體微流量表時,要使變容室與參考室的熱定量和條件條件都盡可能相反。4、論斷
關于恒壓式氣體微流量表,測量內中中變容室的熱度變遷和壓力變遷對流量測量誤差的奉獻比擬大。
用來真空計量學的恒壓式氣體微流量表都帶有一個參考室,它不僅無利于對變容室的氣體壓力及其變遷繼續正確而銳敏地測量,從而拓展氣體微流量的測量規模;而且只有設計正當,還能夠減小變容室的熱度變遷對流量測量誤差的奉獻。
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