JJF 1062-1999 电离真空计

中华人民共和国国家计量校准规范

JJF 1062—1999

电离 真空 计

1999-09-06发布 1999-12-06实施

国家 质量 技术 监督 局发 布

电离真空计校准规范

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代替JJG 265—1992

本规范经国家质量技术监督局于 1999年 9月 6 日批准 , 并自 1999年 12月 6 日起施行。

归口 单位 : 全国压力计量技术委员会

主要起草单位 : 大连市计量检定测试所

国营南京电子管厂

国营丽光电子管厂

本规范委托全国压力计量技术委员会负责解释

本规范主要起草人 :

曲传民 (大连市计量检定测试所)

林国平 (国营南京电子管厂)

吴跃 (国营丽光电子管厂)

目录

本校准规范参照了 ISO/DIS-3568国际标准和工业发达国家的真空标准中有关热阴极电离真空计、冷阴极 电离 真空 计和 放射 性电 离真 空计 的校 准内 容 , 并为 适合 我国 国情 , 保留了 JJG 265—1992中行之有效的内容。

1 范围

本校准规范适用于新生产和使用中的工作用电离真空计的校准。也适用于热阴极电离真空计规管和电路的单独校准。

2 概述

电离真空计是基于在一定条件下、待测气体压力与气体电离产生的离子流成正比关系的原理制作的真空测量仪器。 电离真空计有 : 热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计和放射性电离真空计。它由电离规管和电路组成。

3 计量性能要求

3.1 压力示值相对误差

压力示值相对误差见表 1。

表 1

3.2 规管常数

标称值 ±15%。

3.3 电路的电参数

电路的电参数见表 2。

4 通用技术要求

4.1 外观

4.1.1 规管电极应无短路和断路现象。

4.1.2 被校电路应无引起测量误差的外观缺陷 : 如电表机械零位失调、指针弯曲、卡针和表盘刻度不清楚 ; 数学显示模糊、叠字、缺笔画和乱跳等现象。各开关、旋钮、插头、插座和电缆等应完好、齐全。

4.2 电气使用安全性能

被校电离真空计供电电源进线与机壳之间的绝缘电阻应不小于 20 MΩ。

表 2

5 计量器具的控制

5.1 新生产、有效使用期内和使用中的校准

对新生产、有效使用期内和使用中的工作用电离真空计的校准应符合第 3、4 章的要求。

5.2 校准条件

5.2.1 标准设备

标准装置的测量范围应满足被校电离真空计和规管的待校范围。用于压力示值校准的标准装置的总不确定度 , 不大于 15% ; 用于规管校准和标准装置的总不确定度 , 不大于 5%。

5.2.1.1 静态膨胀法真空标准装置原理图 (见图 1)

a) 校准室静态保持 1 min后 , 压力不大于被校压力下限值的 2%。

b) 各校准点的标准压力按下式计算 :

式中 : p— 标准压力 (Pa) ;

p0— 气源室压力 (Pa) ;

u— 取样室体积 ;

p1— 校准室本底压力 (Pa) ;

V— 校准室体积 ;

n— 膨胀次数。

5.2.1.2 动态流导法真空标准装置原理图 (见图 2)

图 2 动态流导法真空标准装置原理图

1—氮气源 ; 2—阀门 ; 3—压力计 ; 4—流量测量装置 ; 5—微调放气阀 ; 6—监测真空计 ; 7—校准室 ; 8—小孔片下游容积 ; 9—被校电离真空计 ;

10—监测真空计 ; 11—真空获得装置 ; 12—小孔片 ; 13—注入校准气体管道

a) 被校电离真空计规管连接到校准室上 , 通过一个流量测量装置将气体放入校准室中 , 然后通过小孔抽走。

b) 校准室的本底压力不大于被校压力下限值的 2%。

c) 校准室应是球形或直圆柱形 , 小孔应是圆形 , 它的横截面积应小于校准室内接球内表面积的 1/1000, 小孔位于内接球表面上。 小孔片和抽气系统之间的容积应比校准室大。

d) 小孔的边缘厚度应小于其直径的 1/50。

e) 小孔的流导应大于 1× 10-2 (m3 ·s-1)。抽气系统的抽速与小孔流导之比应大于50。

f) 标准真空计和被校电离真空计应安装在球形校准室的赤道位置或圆柱体校准室的1/2高度的同一水平面位置上。

g) 注入校准气体的进气管装置 , 应保证注入的气体至少碰撞校准室器壁一次以后

才能进入规管所在位置。

h) 各校准点的标准压力按下式计算 :

p2— 小孔片下游压力 (Pa) ;

k— 分流比 (不分流时 k= 1) ;

C— 小孔片 C构成的节流装置的有效流导 (m3 ·s-1)。

5.2.1.3 动态相对法真空标准装置原理图 (见图 3)

a) 校准室的本底压力不大于被校真空计待校压力下限值的 2%。

b) 校准室的压力在校准范围内应连续可调。在 1 min内压力稳定度不大于 1%。

c) 校准室的结构应符合下列要求 :

— 校准室的总容积应大于规管和与它相连接的管道总容积的 20倍 ;

— 校准室的形状为球形体或高度与内径之比为 1~3倍的圆柱体 ;

— 标准电离真空计和被校电离真空计的安装 : 对球状校准室应在球赤道位置 , 对圆柱体校准室应在 1/2高度的同一水平面位置 ;

— 为获得动平衡压力 , 所注入校准室的气体最少与校准室内壁碰撞一次后才能进入规管所在位置 ;

— 校准室上连接被校规管的过渡道管的流导值 , 不应小于被校规管本身支管流导值的 10倍 ;

— 校准室内的有效抽速不应小于所有规管总抽速的 50倍。

5.2.1.4 可调节标准电离真空计电路

加速极电位 (100~300) V±0.5% ;

阴极电位 (0~150) V±0.5% ;

发射电流 (0~10) mA±0.5%。

5.2.1.5 多量程直流电压表 : (0.1~1 000) V, 0.5级。

5.2.1.6 多量程直流电流表 : (0.001~10) mV, 0.5级。

5.2.1.7 高阻表 : 直流电压 500V, 2.5级。

5.2.2 其他设备

5.2.2.1 交流稳压电源 : 1 kVA (1±1%)。

5.2.2.2 温度计 : (0~50)℃ , 分度值 0.1℃。

5.2.2.3 湿度计 : 3.0级。

5.2.2.4 校准气体为纯度不低于 99.9%的干燥氮气或用户指定气体。

5.2.2.5 万用表

5.2.3 环境条件

5.2.3.1 环境温度为 (23±5)℃ , 室温变化不大于 ±1℃。

5.2.3.2 环境的相对湿度不大于 80%。

5.2.3.3 校准设备周围不应有影响校准的热源、强电磁场等外界干扰。

5.2.3.4 校准设备周围不应有明显的气体对流。

5.3 校准项目和校准方法

5.3.1 外观检查

5.3.1.1 用多用表检查规管电极应无短路、断路现象。

5.3.1.2 采用目测法 , 在测试过程中检查电表机械零位应无失调 , 卡针及数字显示模糊、叠字、缺笔画、乱跳等现象。

5.3.2 绝缘电阻检测

用 500V高阻表测量被校电离真空计供电电源进线与机壳之间的绝缘电阻。

5.3.3 压力示值校准

5.3.3.1 将电气使用安全性能检查合格的被校电离真空计按产品技术条件规定进行电参数调整 , 并记录表征规管工作状态的电参数值。

5.3.3.2 将电参数符合产品技术条件要求的被校电离真空计规管竖直连接在校准室上 ,规管连接管长度不得超过 100 mm。按真空获得的操作程序进行抽气、烘烤和除气。

5.3.3.3 接通被校电离真空计的电源 , 使真空计预热 30 min以上 , 使真空计处于工作状态 , 待校准室的温度与环境温度达到平衡以后 , 记录环境温度。

5.3.3.4 当校准室内压力达到 5.2.1.1 (或 5.2.2.2、5.2.3.2) 条的要 求后 , 记录 校准室内的本底压力 , 并开始校准。

a) 根据被校压力范围调节气源室的校准气体压力。

b) 调整被校电离真空计 , 使其处于测量工作状态。

c) 按照从低压力到高压力的顺序进行校准 , 向校准室注入校准气体 , 待压力稳定后记录标准真空计和被校电离真空计的读数 (采用动态流导法真空标准装置或静态膨胀

法真空标准装置 , 应计算各校准点的标准压力)。

d) 压力校准点应在被校量程内按下列方法选取 :

— 线性刻度的真空 计每 个数 量级 至少 有 3 个校 准点 , 一般 选取 该量 程的 30%、 60%、90%附近的三点 ;

— 对数刻度的真空计不得少于 10个校准点 , 在每个数量级至少有 2个校准点 ;

— 送校单位有特殊要求 , 可以根据送校单位的要求进行校准。

5.3.3.5 压力示值相对误差按下式计算 :

δm = (p′- p)/p× 100% (3)

式中 : p′— 被校电离真空计压力示值 (Pa) ;

p— 标准压力值 (Pa) ;

δm — 被校值与标准值的最大相对误差。

5.3.3.6 压力示值的校准系数 k按下式计算 :

k=p/p′ (4)

p— 标准压力值 (Pa)。

5.3.4 热阴极电离真空计规管的校准

5.3.4.1 参考 5.3.3条使配有标准电路的被校规管处于测量工作状态。

5.3.4.2 在 1×10-2Pa附近压力点上 , 对规管常数重复校准 3 次 , 规管常数 S按下式计算 :

S (5)

式中 : S— 规管常数 ;

I+ — 标准电路指示离子流 (A) ;

Ie— 标准电路指示发射电流 (mA) ;

p— 标准装置指示压力 (Pa)。

规管常数偏离标称值的偏差 δ按下式计算 :

式中 : S′— 规管常数标称值 ;

S— 规管常数实测值。

5.3.5 热阴极电离真空计电路的电参数校准

5.3.5.1 将被校电路与一未启封的规管连接 , 接上规定的电源电压 , 预热 30 min使规管处于正常工作状态。

5.3.5.2 电极电位用直流电压表分别测量各电极电位 (见图 4)。

5.3.5.3 发射电流用多量程电流表串接在加速极回路上校准 (见图 4)。

5.3.5.4 离子流放大器示值校准

a) 等效电流法 (见图 5) : 按图 5 接好线路 , 先不输入等效离子流 , 将放大器量程

选择开关拨至任一测量挡 , 调节放大器的零点电位器使电路电表指示为零 , 然后输入等效离子流 , 使电表 指示 分别 为满 度的 0.3、0.6、 1.0 倍 , 分别 读出 直流 电压 表的 电压

图 5 校准离子流放大器线路图

W—稳压电源 ; D—电离计电路 ; E—可调直流电源 ;

V—直流电压表 ; R—精密电阻 (R≥100R0 , R0 为放大器输入阻抗)

值 , 按公式 (7) 计算出输入等效离子流值。

I (7)

式中 : I+ — 等效离子流值 (A) ;

U— 直流电压表读数 (V) ;

R— 精密高阻的实测值 (Ω)。

放大器该测量挡各点的示值误差按下式计算 :

式中 : δ— 示值误差 ;

I+ ′— 放大器电表指示值 ;

I+ — 由公式 (7) 计算的等效离子流值。

注 : 如放大器外部有满度调节档的话 , 应事先将放大器零点与满度调节好 , 然后再按上述步骤校准。 对放大器其他测量档重复上述步骤 , 分别算出各档的示值误差。

b) 串接电流表法 : 用多量程直流电流表串接在收集极回路上校准。

5.4 校准结果和校准时间间隔

5.4.1 经校准的电离真空计发给电离真空计校准证书 , 校准证书应包括下列内容 (见附录表 A.1) :

5.4.1.1 校准条件 ;

5.4.1.2 主要标准器的名称、等级、检定证书编号 ;

5.4.1.3 被校电离真空计规管的工作电参数 ;

5.4.1.4 根据送校单位要求可提供如下任一种结果 :

a) 示值误差对照表 ;

b) 校准曲线 ;

c) 电离真空计校准系数。

5.4.2 经校准的热阴极电离真空计规管 , 发给规管校准证书。校准证书应包括以下内容 (见附录表 A.2) :

5.4.2.1 校准条件 ;

5.4.2.2 主要标准器的名称、等级、检定证书编号 ;

5.4.2.3 规管工作的电参数 ;

5.4.2.4 规管常数 S和偏差δ。

5.4.3 经校准的热阴极电离真空计电路 , 发给电路校准证书。校准证书应包括下列内容 (见附录表 A.3) :

5.4.3.1 主要标准器的名称、等级、检定证书编号 ;

5.4.3.2 被校电离真空计电路的电参数。

5.4.4 电离真空计的校准 (包括规管和电路的单独校准) 时间间隔为 1 年。送校单位可以根据电离真空计准确度的要求、失准造成的后果以及上次校准等情况 , 向计量部门提出缩短或延长校准时间间隔的建议。

附录 A

校准证书背面格式

表 A.1

表 A.2

表 A.3