压强-质量法校准孔板流量系数的方法和装置与流程

本发明属于真空领域气体流量控制装置的流量系数测试标定领域，具体涉及一种压强-质量法校准孔板流量系数的方法和装置。

背景技术：

在真空系统中，通常需要在真空管道内稳定通入一定量的气体，气体流量的控制需要通过安装一定孔径的孔板来实现，并通过孔板流量公式计算一定时间内通过孔板的气体流量。孔板流量公式是一个与孔板前压强相关的线性函数表达式。确定该表达式的基本原理是通过试验方式测定孔板多组压强点对应流量的数据，再进行线性拟合，得出线性函数表达式的斜率和截距。常用的孔板流量公式测定方法有称重法、压强-体积法、利用已知孔板校准未知孔板法等。其中，称重法是直接通过收集气体重量和收集气体时间确定孔板对应压强所对应的流量；压强-体积法是通过过渡容器的压强下降量、下降时间及过渡容器体积，根据理想气体状态方程间接计算出孔板对应压强所对应的流量。无论通过何种手段，目的就是测定孔板对应压强所对应的流量，拟合出孔板的流量与压强关系的函数关系式。

常规孔板流量系数校准过程中至少需要达到以下一种前提条件：多个收料容器(称重法)、过渡容器体积标定(压强体积法)、流量系数已知的孔板(串校法)等。

而且现有校准方法孔板流量系数校准整体周期较长，还可能存在收料时间长降低称重偏差(称重法)、需要通过标准容器进行体积标定(压强体积法)或已知孔板需要先通过其它方法进行孔板标定(串校法)等问题。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种压强-质量法校准孔板流量系数的方法和装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种压强-质量法校准孔板流量系数的方法，包括以下步骤：

(ⅰ)测量供料容器使用前质量m0，将其接入校准系统后，对供料容器之后的系统部分抽空，抽空完成开始试验；

(ⅱ)使用控制阀门截断过渡容器之后的管路，使用供料容器向过渡容器充压，记录充压量

(ⅲ)通过控制阀门控制待校准孔板前压强pk1值为a1，记录稳定状态下经过一段时间δt1，过渡容器压强下降量

(ⅳ)重复步骤(ⅲ)操作，通过控制阀门控制待校准孔板前压强pk1为不同值ai，并记录稳定状态下对应一段时间δti内过渡容器压强下降量

(ⅴ)当过渡容器内压强不足时，对过渡容器进行充压，记录充压前后稳定状态下待校准孔板前压强pk1值为bi，并记录稳定状态中一部分对应时间δtci内过渡容器压强增长量

(ⅵ)试验结束后拆卸供料容器称重，称取供料容器使用后质量m1；

(ⅶ)根据pk1的稳压值ai和时间δti及对应的压强下降量拟合出过渡容器压强下降速度和稳压值ai的线性关系其中，a、b为拟合得出的常数；

(ⅷ)根据步骤(ⅶ)中的线性关系计算出步骤(ⅴ)中记录时过渡容器压强下降量

(ⅸ)通过充料的压强变化总量和供料容器使用前后的质量变化量δm＝m0-m1得出δpf＝cδm，其中c为计算得出的常数；

(ⅹ)将步骤(ⅸ)计算出的关系式代入步骤(ⅶ)拟合出的关系式转化后可得到待校准孔板的流量系数q＝δm/δt＝(aa-b)/c。

在上述技术方案中，所述试验过程中维持系统和试验环境温度t0恒定。

一种压强-质量法校准孔板流量系数的装置，包括通过真空管路依次连接的供料容器、过渡容器、收料容器和真空泵组，所述供料容器与过渡容器之间的真空管路设置ⅰ号压强计，过渡容器和收料容器之间的真空管路设置控制阀门和ⅱ号压强计，待校准孔板设置于过渡容器和收料容器之间的真空管路内。

在上述技术方案中，所述控制阀门设置于靠近过渡容器的一端；所述待校准孔板设置于靠近收料容器的一端。

在上述技术方案中，所述ⅱ号压强计设置于控制阀门与待校准孔板之间，且靠近待校准孔板设置。

在上述技术方案中，所述供料容器出口处设置阀门。

在上述技术方案中，还包括为供料容器充压的高压气瓶。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种压强-质量法校准真空系统中流量孔板流量系数的方法和装置，通过优化试验手段、降低试验要求，以最少的硬件需求，实现孔板的流量系数校准；无需单独对各个试验点所收集的气体称重，减少试验操作步骤及工作量，可以自由增加测试点以提高流量系数校准的准确度；孔板校准过程引入数据计算，降低了对系统硬件的要求。

附图说明

图1是本发明压强-质量法校准孔板流量系数的装置的结构示意图。

其中：

1供料容器

2过渡容器

3收料容器

4真空泵组

5控制阀门

6ⅰ号压强计

7ⅱ号压强计

8阀门

9高压气瓶

10待校准孔板。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明压强-质量法校准孔板流量系数的方法和装置的技术方案。

如图1所示，一种压强-质量法校准孔板流量系数的装置，包括通过真空管路依次连接的供料容器1、过渡容器2、收料容器3和真空泵组4，所述供料容器1与过渡容器2之间的真空管路设置ⅰ号压强计6，过渡容器2和收料容器3之间的真空管路设置控制阀门5和ⅱ号压强计7，待校准孔板10设置于过渡容器2和收料容器3之间的真空管路内。

所述控制阀门5设置于靠近过渡容器2的一端。

所述待校准孔板10设置于靠近收料容器3的一端。

所述ⅱ号压强计7设置于控制阀门5与待校准孔板10之间，且靠近待校准孔板10设置。

所述供料容器1出口处设置阀门8。

还包括为供料容器1充压的高压气瓶9。

实施例2

以实施例1的装置为基础，一种压强-质量法校准孔板流量系数的方法，包括以下步骤：

(ⅰ)测量供料容器使用前质量m0，将其接入校准系统后，关闭供料容器出口处阀门，对系统其它部分抽空，抽空完成开始试验，试验过程中维持系统和试验环境温度t0恒定；

(ⅱ)使用控制阀门截断过渡容器之后的管路，使用供料容器向过渡容器充压，记录充压量

(ⅲ)通过控制阀门控制待校准孔板前压强pk1值为a1，记录稳定状态下经过一段时间δt1，过渡容器压强下降量

(ⅳ)重复步骤(ⅲ)操作，通过控制阀门控制待校准孔板前压强pk1为不同值ai，并记录稳定状态下对应一段时间δti内过渡容器压强下降量

(ⅴ)因为试验过程中过渡容器内气体压强需要控制在一定范围内，所以在不同稳压值pk1调节过程中需要充压，要求充压前后稳定孔板前压强pk1值为bi，记录稳定状态中一部分对应的时间δtci、过渡容器压强增长量

(ⅵ)试验结束后拆卸供料容器称重，得到使用后质量m1；

(ⅶ)根据不同稳压值为ai和对应的时间δti及压强下降量拟合出过渡容器压强下降速度和稳压值ai的线性关系其中，a、b为拟合得出的常数；

(ⅷ)根据步骤(ⅶ)中的线性关系计算出步骤(ⅴ)中稳定状态记录部分孔板流量导致的过渡容器压强下降量

(ⅸ)通过充料的压强变化总量和供料容器使用前后的质量变化量δm＝m0-m1得出δpf＝cδm，其中c为计算得出的常数；

(ⅹ)将步骤(ⅸ)计算出的关系式代入步骤(ⅶ)拟合出的关系式转化后可得到待校准孔板的流量系数q＝δm/δt＝(aa-b)/c。

注意事项：步骤(ⅴ)是根据过渡容器压强值进行操作，可以穿插在任何步骤之间，要求实际充压过程包含在记录δtci、值过程内，记录δtci、值过程包含在稳定孔板前压强pk1值为bi过程内。

以校准气体为有机气体cf4，进行通径为2.0mm孔板系数校准为例，具体实施方法如下：

(ⅰ)测量供料容器使用前质量m0＝18354.2g，连入系统后抽空，试验过程中维持系统温度20℃恒定；

(ⅱ)使用控制阀门截断管路，使用供料容器向过渡容器充压，记录充压量

(ⅲ)通过控制阀门控制孔板前压强pk1值为8.8hpa，记录稳定状态中一部分对应的时间308s、过渡容器压强下降量97.5hpa；

(ⅳ)重复控制不同稳压pk1值为[7.05.33.51.8]hpa，并记录稳定状态中一部分对应的时间为[4256089211824]s、过渡容器压强下降量为[107.7115.5113.6109.4]hpa；

(ⅴ)试验过程中过渡容器内气体充压4次，充压前后稳定孔板前压强pk1值为[8.87.05.33.5]hpa，记录稳定状态中一部分对应的时间[300300300300]s、过渡容器压强增长量[105.2103.7121.4113.8]hpa；

(ⅵ)试验结束后拆卸供料容器称重，得到使用后质量18335.9g；

(ⅶ)根据不同稳压值[8.87.05.33.51.8]hpa和对应的时间[3084256089211824]s及压强下降量[97.5107.7115.5113.6109.4]hpa拟合出过度容器压强下降速度和稳压值ai的线性关系

(ⅷ)根据步骤(ⅶ)中的线性关系计算出步骤(ⅴ)中4次稳定状态记录部分孔板流量导致的过渡容器压强下降量[95765737]hpa；

(ⅸ)通过充料的压强变化总量δpf＝914.5hpa和供料容器使用前后的质量变化量δm＝18.3g得出δpf＝49.793δm；

(ⅹ)将步骤(ⅸ)计算出的关系式代入步骤(ⅷ)拟合出的关系式转化后得到孔板流量系数q(g/h)＝2.648pk1(hpa)-0.389。

本发明提供了一种压强-质量法校准真空系统中流量孔板流量系数的方法和装置，通过优化试验手段、降低试验要求，以最少的硬件需求，实现孔板的流量系数校准；无需单独对各个试验点所收集的气体称重，减少试验操作步骤及工作量，可以自由增加测试点以提高流量系数校准的准确度；孔板校准过程引入数据计算，降低了对系统硬件的要求。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。