恒壓式氣體微流量表的測(cè)量誤差綜合
恒壓式氣體微流量表(CPFM)被多個(gè)行政區(qū)劃級(jí)試驗(yàn)室選作為計(jì)量學(xué)設(shè)施,用來(lái)校準(zhǔn)真空規(guī)和真空漏孔。該文從實(shí)踐上對(duì)CPFM和帶參考室的CPFM的流量測(cè)量誤差繼續(xù)了綜合。測(cè)量?jī)?nèi)中中熱度穩(wěn)定和壓力穩(wěn)定對(duì)CPFM的流量測(cè)量誤差作用較大。為CPFM增多一個(gè)適當(dāng)?shù)膮⒖际?能夠減小測(cè)量?jī)?nèi)中中變?nèi)菔覠岫茸冞w對(duì)CPFM的流量測(cè)量誤差的奉獻(xiàn)。1、小引
新世紀(jì)60年歲當(dāng)前,因?yàn)殪o態(tài)流量法真空規(guī)范的需要,增進(jìn)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(cè)量正確、輸入流量穩(wěn)固等特點(diǎn),被多個(gè)行政區(qū)劃級(jí)試驗(yàn)室選作為計(jì)量學(xué)設(shè)施,用來(lái)校準(zhǔn)真空規(guī)和真空參考漏孔。
白文從測(cè)量原理上面對(duì)恒壓式氣體微流量表可能存在的測(cè)量誤差繼續(xù)實(shí)踐綜合,并依據(jù)后果對(duì)恒壓式氣體微流量表的設(shè)計(jì)給出一些提議。2、恒壓式氣體微流量表的測(cè)量誤差綜合
設(shè)恒壓式氣體微流量表的變?nèi)菔抑袣怏w在測(cè)量起始時(shí)的壓力、體積和熱度別離為P、V和T,測(cè)量終了時(shí)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(cè)量工夫?yàn)椤鱰,則流量值Q由式(1)示意。式中R為普適氣體常數(shù)。
(1)
設(shè)各參量的理論測(cè)量值別離存在測(cè)量誤差δP、δT、δ(△V)、δ(△t)和δQ,流量的測(cè)量值Q′為
則流量的測(cè)量誤差為
為便于劃算和探討,令流量的測(cè)量誤差絕對(duì)值相近為
(4)
因?yàn)?amp;delta;(△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(xiàng),則式(4)能夠簡(jiǎn)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(wèn)題。那末其吸放氣率和漏率別離為QG和QL,則流量測(cè)量誤差為
將式(6)的等號(hào)兩邊取相對(duì)值,則恒壓式氣體微流量表的流量測(cè)量誤差為
其中，這一項(xiàng)誤差重要由測(cè)量?jī)?nèi)中中變?nèi)菔业臒岫确�(wěn)定和壓力穩(wěn)定導(dǎo)致,熱度和壓力的變遷被系數(shù)放大后,使δQTP項(xiàng)較大。若要減小這項(xiàng)誤差,除非在測(cè)量?jī)?nèi)中中放量減小熱度穩(wěn)定和壓力穩(wěn)定以外,更要在設(shè)計(jì)恒壓式氣體微流量表時(shí)盡可能增大△V和減小V。然而務(wù)必留神,增大△V會(huì)延伸測(cè)量工夫,導(dǎo)致熱度穩(wěn)定和壓力穩(wěn)定增大,V太小又會(huì)帶來(lái)壓力測(cè)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(cè)量規(guī)模,變?nèi)菔覂?nèi)氣體的作業(yè)壓力通常能夠在多個(gè)單位級(jí)規(guī)模設(shè)定,而在對(duì)變?nèi)菔覂?nèi)的氣體繼續(xù)恒壓掌握時(shí),又務(wù)必可以銳敏地測(cè)量出變?nèi)菔覂?nèi)氣體壓力的微弱變遷。顯然,若采納同一只真空規(guī)來(lái)正確而銳敏地測(cè)質(zhì)變?nèi)菔覂?nèi)的氣體壓力及其變遷是無(wú)比困苦的。為此,用來(lái)真空計(jì)量學(xué)的恒壓式氣體微流量表都增多了一個(gè)參考室,測(cè)量前在參考室中封存與變?nèi)菔抑袎毫Υ篌w相反的氣體。測(cè)量時(shí),參考室密閉,利用差壓式真空規(guī)測(cè)質(zhì)變?nèi)菔医^對(duì)于參考室的壓力差DP,測(cè)控零碎掌握變?nèi)菔业捏w積使差壓式真空規(guī)的測(cè)量值恒定。
假如測(cè)量起始時(shí)參考室的壓力和熱度別離為PR和TR,測(cè)量終了時(shí)參考室的壓力變遷量和熱度變遷量別離為△PR和△TR,變?nèi)菔医^對(duì)于參考室的壓力差變遷量為△(DP),參考室壓力的測(cè)量誤差和差壓式真空規(guī)的測(cè)量誤差別離為δPR和δDP;流量的測(cè)量值Q′仍用式(2)劃算,但其中的P′為
(8)
則流量的測(cè)量誤差為
(9)
同樣,為便于劃算和探討,令流量的測(cè)量誤差絕對(duì)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(xiàng),則式(10)簡(jiǎn)化為
再思忖到氣體微流量表的吸放氣和透氣問(wèn)題后,則恒壓式氣體微流量表的流量測(cè)量誤差為
因?yàn)樽內(nèi)菔覂?nèi)的壓力是經(jīng)過(guò)測(cè)量參考室的壓力和測(cè)質(zhì)變?nèi)菔医^對(duì)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(cè)量?jī)?nèi)中中變?nèi)菔业膲毫ψ冞wδP等于δPR+δDP,變?nèi)菔业膲毫y(cè)量誤差δP對(duì)應(yīng)于δPR+δDP。然而δQRTP/QR項(xiàng)與δQTP/Q項(xiàng)相對(duì)不僅僅是內(nèi)容上的相反,δQTP/Q項(xiàng)中變?nèi)菔业膲毫ψ冞w△P重要由恒壓掌握動(dòng)機(jī)確定,與熱度變遷△T沒(méi)無(wú)關(guān)系;而在δQRTP/QR項(xiàng)中則相反了,測(cè)控零碎僅掌握△DP恒定,△PR與△T能夠有親密關(guān)系。
在流量測(cè)量?jī)?nèi)中中,參考室是密閉的。假如參考室在測(cè)量?jī)?nèi)中中無(wú)吸放氣和透氣景象,△PR徹底是因?yàn)闊岫茸冞w而導(dǎo)致的,則參考室中的氣體該當(dāng)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(dòng)機(jī)確定,與熱度變遷△T和△TR都沒(méi)無(wú)關(guān)系;而參考室的熱度變遷量只有與變?nèi)菔业臒岫茸冞w量瀕臨,就能夠減小變?nèi)菔业臒岫茸冞w對(duì)δQRTP/QR項(xiàng)誤差的奉獻(xiàn)。因而,在設(shè)計(jì)恒壓式氣體微流量表時(shí),要使變?nèi)菔遗c參考室的熱定量和條件條件都盡可能相反。4、論斷
關(guān)于恒壓式氣體微流量表,測(cè)量?jī)?nèi)中中變?nèi)菔业臒岫茸冞w和壓力變遷對(duì)流量測(cè)量誤差的奉獻(xiàn)比擬大。
用來(lái)真空計(jì)量學(xué)的恒壓式氣體微流量表都帶有一個(gè)參考室,它不僅無(wú)利于對(duì)變?nèi)菔业臍怏w壓力及其變遷繼續(xù)正確而銳敏地測(cè)量,從而拓展氣體微流量的測(cè)量規(guī)模;而且只有設(shè)計(jì)正當(dāng),還能夠減小變?nèi)菔业臒岫茸冞w對(duì)流量測(cè)量誤差的奉獻(xiàn)。
|
