基于GM制冷机冷却的超低温真空测量校准装置及方法

基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置及方法
技术领域
1.本发明涉及测量与校准技术领域，具体涉及一种基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置及方法。


背景技术：

2.在77k～4k的低温真空环境中，由于低温真空处于与常温不同的性质和状态，常温下所采用的各向同性的中性气体压强，这一由流体静力学所表征的真空度的概念，使处于高真空下的低温压强一定程度的失去原有的物理意义。在常温下，麦克斯韦速度分布、余弦定律、平均自由程、气体热传导方程、气体迁移方程等建立在流体力学压强概念基础上的理论都较好地符合客观实际，而在低温下，随着温度向深冷温区推移，由于局部深冷在真空容器中引起的定向迁移，而形成了热流逸和分子沉效应，使得上文原理、概念、定律都产生了不同程度的偏离。因此需要对低温下的测量进行校准。
3.由于在真空下，材料表面往往会以一定速率向真空容积内释放气体，常规真空度测量方法无法测得真空下的局部真空度，特别是在狭窄空间内(如多层绝热或多孔材料)，由于材料流导较小，表面积较大，往往会在材料内部形成比真空室高得多的真空度。为了测量真空室内的局部真空度，可以使用一根内径足够小的引压管，由真空室内真空度较差的局部引至真空管测量口。而由于内径减小后，引压管的流导会大大减小，同时壁面的放气也会对测量产生影响，这就对局部真空度的测量提出了更苛刻的要求。
4.相关技术中，公开号为cn102944358a的发明专利申请公开了一种高低温真空校准装置及方法，通过将真空计置于温度控制板上，实现1
×
10-4
～1
×
105pa范围内，真空计在-140℃～+100℃温度范围内不同温度点的准确校准。但是其无法校准当真空计处在常温下，测压点处在低温且狭窄环境下的情况，且由于低温下真空测量原理发生了变化，其测量关系及系统不能满足低于-140℃(133k)温度点的校准。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于实现狭窄环境下4k～300k温度范围内不同温度点的准确校准。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.一方面，本发明提出了一种基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，所述装置包括：三通连接件、标准真空计、被校真空计、微调阀和布置于真空外壳内的真空校准室、温度控制块、测量管、冷屏和gm制冷机；
8.三通连接件的测量端与所述标准真空计连接，抽气端经阀门与抽气系统连接，进气端经微调阀与供气系统连接以及与所述测量管上部连接，所述测量管中部与所述冷屏的上部接触，所述测量管下部与所述冷屏内的所述真空校准室上部焊接；
9.所述冷屏的下部与所述gm制冷机的一级冷头连接，所述真空校准室的下部与所述温度控制块连接，所述温度控制块与所述gm制冷机的二级冷头连接；
10.所述真空校准室中部预留有连接孔，所述冷屏上开设有穿孔，所述引压管一端与连接孔连接、另一端经所述穿孔与布置在所述真空外壳外部的所述被校真空计连接。
11.本发明中，被校真空计安装在真空外壳内即处于常温状态下，从真空校准室引出引压管，引压管穿过冷屏与被校真空计连接，测量管中部与冷屏的上部接触，可最大程度的减少gm制冷机二级冷头的热量损失，通过采用gm制冷机及合理的结构设计，可将真空校准室维持在更低温度(4k)的同时，保证真空校准室整体的温度均匀性维持在
±
0.5k，而且被校真空计处于常温环境，通过引压管与真空校准室连接，通过控制标准真空计的测量环境及更新其测量原理，在引压管校准完成后，被校真空计及引压管可用于低温(4k～300k)狭窄环境下的真空度测量。
12.进一步地，所述测量管从上到下依次包括上直管、上波纹管、下直管和下波纹管，所述上直管与所述真空外壳的法兰二上的引管焊接，所述下直管与所述冷屏的上部接触，所述下波纹管与所述真空校准室的上部焊接且所述下波纹管下端与所述下直管无接触。
13.进一步地，所述上直管和所述下直管的壁管厚度均为0.5mm，所述上波纹管和所述下波纹管的波数比为1.6:1。
14.进一步地，所述真空外壳采用套筒式结构，所述真空外壳的上部与法兰一焊接，所述法兰一和所述法兰二连接，所述真空外壳的上部和中部为可拆卸连接，所述真空外壳的中部与下部为可拆卸连接。
15.进一步地，所述冷屏采用左右两半式的结构，且所述冷屏外壁四周布置有连接部；
16.所述冷屏采用t2级紫铜制备。
17.进一步地，所述真空校准室包括上半部和下半部，所述上半部和所述下半部的连接处设置有供真空钎焊的凹凸槽，所述上半部和所述下半部真空钎焊形成球形中空结构。
18.进一步地，所述引压管为内壁经过电抛光处理的不锈钢管，所述引压管内壁的放气率小于其流导的1/100。
19.进一步地，所述被校真空计采用薄膜电容真空计。
20.进一步地，所述gm制冷机的一级冷头提供70w@100k的冷量，二级冷头提供1.5w@4k的冷量。
21.进一步地，所述冷屏外围及所述真空校准室外围均包裹真空多层绝热材料，所述温度控制块为缠有加热电阻丝的紫铜块。
22.另一方面，本发明提出了一种基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准方法，用于采用如上所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置进行校准，所述校准方法包括：
23.打开所述标准真空计和所述测量管，使所述标准真空计稳定；
24.启动所述抽气系统，打开所述阀门，对所述真空校准室及所述测量管进行抽气，以使所述标准真空计读数显示的真空度小于1
×
10-6
pa的极限真空度；
25.启动所述gm制冷机和所述温度控制块，使得所述真空校准室内温度达到所需校准温度且温度平衡，打开所述微调阀，将所述供气系统中的校准气体引入所述真空校准室中；
26.在所述真空校准室中的气体压力达到平衡，且所述校准真空计的读数达到所需的校准压力时，关闭所述微调阀，并分别记录所述标准真空计的压力读数p1和所述被校真空计的压力读数p2；
27.计算所述真空校准室的标准压力p
t
：
[0028][0029]
其中，为温度修正因子，t0为所述标准真空计中真空测量规管的温度，t
t
表示所述校准室的最低实测温度，为在低温条件下的灵敏度修正因子，ki为某种气体的灵敏度，i＝1,2,......,n，α为不同系数的剩余气体分压强离子流总和，ie为电子流；
[0030]
根据所述标准压力p
t
和所述被校真空计的压力读数p2，计算校准因子c：
[0031][0032]
对于每一数量级的真空度取多个真空度值进行测量，将每一次测量计算得到的校准因子取平均值作为最终校准因子以对所述引压管进行校准。
[0033]
本发明的优点在于：
[0034]
(1)本发明中，被校真空计安装在真空外壳内即处于常温状态下，从真空校准室引出引压管，引压管穿过冷屏与被校真空计连接，测量管中部与冷屏的上部接触，可最大程度的减少gm制冷机二级冷头的热量损失，通过采用gm制冷机及合理的结构设计，可将真空校准室维持在更低温度(4k)的同时，保证真空校准室整体的温度均匀性维持在
±
0.5k，而且被校真空计处于常温环境，通过引压管与真空校准室连接，通过控制标准真空计的测量环境及更新其测量原理，在引压管校准完成后，被校真空计及引压管可用于低温(4k～300k)狭窄环境下的真空度测量。
[0035]
(2)通过设置测量管，测量管的上直管与真空外壳的法兰二上的引管焊接，下直管与冷屏的上部接触，下波纹管与真空校准室的上部焊接，可保证下直管与冷屏温度几乎相等，最大限度的减少gm制冷机二级冷头的热量损失；同时可保证下直管的整体温度大于100k，使低温下氦气和氢气不会被壁面冷凝，进而可确保低温下标准真空计测量到校准室真空度。
[0036]
(3)由于gm制冷机的制冷能力限制，且真空校准室的体积需大于等于测量管道总容积的20倍，故将测量管的上直管与真空外壳的法兰二上的引管焊接，真空外壳的上部与法兰一焊接，法兰一和法兰二固定连接，若将测量管安置在真空校准室底部法兰处，将产生校准室体积庞大，制冷机制冷能力不足等问题。
[0037]
(4)冷屏采用左右两半式的结构，该结构可使冷屏内部的真空校准室与测量管安装完毕后，仍然能安装冷屏。
[0038]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0039]
图1是本发明第一实施例中的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置的结构图；
[0040]
图2是本发明第一实施例中基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置的剖视图；
[0041]
图3是本发明第一实施例中测量管的结构图；
[0042]
图4是本发明第一实施例中真空外壳的结构图；
[0043]
图5是本发明第一实施例中真空外壳的剖视图；
[0044]
图6是本发明中基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置的仿真结果图
[0045]
图7是本发明第二实施例中基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准方法的流程图。
[0046]
图中：
[0047]
1-三通连接件；2-标准真空计；3-微调阀；4-测量管；5-真空校准室；6-引压管；7-温度控制块；8-gm制冷机；9-冷屏；10-被校真空计；11-阀门；12-抽气系统；13-真空外壳；
[0048]
41-上直管；42-上波纹管；43-下直管；44-下波纹管；31-法兰一；32-法兰二；33-第一固定部；34-第二固定部；35-第三固定部；36-第四固定部；37-引管结构；38-真空外壳上部；39-真空外壳中部；40-真空外壳下部。
具体实施方式
[0049]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
如图1至图2所示，本发明实施例提出了一种基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，所述装置包括：三通连接件1、标准真空计2、被校真空计10、微调阀3和布置于真空外壳13内的真空校准室5、温度控制块7、冷屏9、测量管4和gm制冷机8；
[0051]
三通连接件1的测量端与所述标准真空计2连接，抽气端经阀门11与抽气系统12连接，进气端经微调阀3与供气系统连接以及与所述测量管4上部连接，所述测量管4中部与所述冷屏9的上部接触，所述测量管下部与所述冷屏9内的所述真空校准室5上部焊接；
[0052]
所述冷屏9的下部与所述gm制冷机8的一级冷头连接，所述真空校准室5的下部与所述温度控制块7连接，所述温度控制块7与所述gm制冷机8的二级冷头连接；
[0053]
所述真空校准室5中部预留有连接孔，所述冷屏9上开设有穿孔，所述引压管6一端与连接孔连接、另一端经所述穿孔与布置在所述真空外壳13外部的所述被校真空计10连接。
[0054]
本实施例中，测量管4的中部与冷屏9的上部接触，可最大程度的减少gm制冷机8二级冷头的热量损失，通过采用gm制冷机8及合理的结构设计，可将真空校准室5维持在更低温度(4k)的同时，保证真空校准室5整体的温度均匀性维持在
±
0.5k，而且被校真空计10处于常温环境，通过引压管6与真空校准室5连接，通过控制标准真空计2的测量环境及更新其测量原理，在引压管6校准完成后，被校真空计10及引压管6可用于低温(4k～300k)狭窄环境下的真空度测量。
[0055]
进一步地，所述被校真空计采用薄膜电容真空计。
[0056]
该被校真空计是一种不会抽气的真空计，且测量值与气体种类关系很小，可视为
绝对真空计。
[0057]
在一实施例中，如图3所示，所述测量管4从上到下依次包括上直管41、上波纹管42、下直管43和下波纹管44，所述上直管41与所述真空外壳13的法兰二32上的引管焊接，所述下直管43的中部与所述冷屏9的上部接触，所述下波纹管44的上端与所述真空校准室5的上部焊接，下波纹管44下端与下直管43无接触。
[0058]
本实施例中，下直管43的中部与冷屏9的上部接触，可保证下直管43的中部与冷屏9温度几乎相等，可维持下直管43温度在110k附近，最大限度的减少gm制冷机8的二级冷头的热量损失；可保证下直管43整体温度大于100k，使低温下氦气和氢气不会被测量管4壁面冷凝，进而可确保低温下标准真空计2测量的到真空校准室5的真空度的准确性。
[0059]
在一实施例中，所述上直管41和所述下直管43的壁管厚度均为0.5mm，所述上波纹管42和所述下波纹管44的波数比为1.6:1，该比例可使下直管43的中部与冷屏9的温度相近，最大限度的减少冷屏9的冷量损失。
[0060]
本实施例中，上直管41和下直管43为薄壁管，可减小导热。
[0061]
在一实施例中，如图4至图5所示，所述真空外壳13采用套筒式结构，所述真空外壳13的上部与法兰一31焊接，所述法兰一31和所述法兰二32连接，所述真空外壳13的上部和中部为可拆卸连接，所述真空外壳13的中部与下部为可拆卸连接。
[0062]
所述真空外壳13为套筒式结构，分为上中下三部分，真空外壳上部38与法兰一31焊接，法兰一31与法兰二32通过螺钉连接，法兰二32通过其引管结构37与测量管4焊接，真空外壳上部38凸设第一固定部33，真空外壳中部39凸设第二固定部34和第三固定部35，真空外壳下部40凸设第四固定部36，上部和中部通过第一固定部33和第二固定部34配合连接，中部和下部通过第三固定部35和第四固定部36配合连接。
[0063]
具体可为，上部与中部通过卡钳螺钉连接，中部与下部通过螺钉连接，中部卸下螺钉后可下放至底部，方便拆卸真空外壳13内部结构。
[0064]
需要说明的是，由于gm制冷机8的制冷能力限制，且真空校准室5的体积需大于等于测量管4道总容积的20倍，故将测量管4的上直管41与真空外壳13的法兰二32上的引管焊接，真空外壳13的上部与法兰一31焊接，法兰一31和法兰二32固定连接，若将测量管4安置在真空校准室5底部法兰处，将产生校准室体积庞大，制冷机制冷能力不足等问题，因此将真空外壳设计成套筒式结构。
[0065]
在一实施例中，所述冷屏9采用左右两半式的结构，且所述冷屏9外壁四周布置有连接部；
[0066]
所述冷屏9采用t2级紫铜制备。
[0067]
需要说明的是，冷屏9四周布置的连接部可为有供螺栓紧固的耳朵，该结构可使冷屏9内部的校准室与测量管4安装完毕后，仍然能安装冷屏9，其紧固耳可使冷屏9两半之间的缝隙尽可能小，从而降低辐射漏热，冷屏9安装好后，冷屏9顶部与测量管4下直管43接触；冷屏9的作用有两处，一是可维持下直管43温度在110k附近，确保其处于正常的工作温度，二是为内部布置的校准室5、gm制冷机8的二级冷头、温度控制块7提供热辐射防护，大大降低了冷屏内部组件的漏热。
[0068]
在一实施例中，所述真空校准室5包括上半部和下半部，所述上半部和所述下半部的连接处设置有供真空钎焊的凹凸槽，所述上半部和所述下半部真空钎焊形成球形中空结
构，球形结构为真空校准室的理想结构，此结构校准误差最小，此外，为提高校准室5内壁光洁度，优化校准室5的极限真空度，防止铜校准室高温氧化，上下半的连接采用真空钎焊的形式。
[0069]
本实施例中，真空校准室5的上半部和下半部的连接处设置相适配的凹凸槽，可方便真空钎焊，上半部与测量管4连接，下半部与温度控制块7通过螺钉连接，真空校准室5中部设置有连接孔，供引压管6将待测真空从真空校准室5引出。引压管6从真空校准室5引出后，外壁与冷屏9上开设的穿孔接触，可降低从引压管6导入的热量。
[0070]
在一实施例中，所述引压管6为内壁经过电抛光处理的不锈钢管，所述引压管6的流导至少为被校真空计10规管抽速的100倍。
[0071]
本实施例中，引压管6采用内径为3mm的304不锈钢管，内壁经电抛光以减小放气率，其穿过真空校准室5和冷屏9，最终连接到被校真空计10上；且要求引压管6的流导至少为被校真空计10规管抽速的100倍，以规避被校真空计抽气效应对测量结果的影响。
[0072]
在一实施例中，所述gm制冷机8的一级冷头提供70w@100k的冷量，二级冷头提供1.5w@4k的冷量，此规格可保证校准室5内部任一点之间的温差小于1k，本领域技术人员也可根据实际情况改变制冷系统规格，但需重新进行仿真计算分析。
[0073]
在一实施例中，冷屏9的外围及真空校准室5的外围均包裹真空多层绝热材料，以尽可能的减小制冷系统一级和二级冷头的热负荷。
[0074]
在一实施例中，温度控制块7采用缠有加热电阻丝的紫铜块。
[0075]
在一实施例中，阀门11采用超高真空全金属挡板阀，微调阀3采用超高真空全金属微调阀3，全金属阀可提高校准系统的极限真空度。
[0076]
在一实施例中，标准真空计2为电离规，电离规具有较大的量程。
[0077]
本实施例中的超低温真空测量校准装置的仿真结果如图6所示，从仿真图可以看出，准室底部温度为4.38k，顶部温度为4.60k，满足温度均匀性小于1k的要求；测量管下直管温度为103.51k，满足温度大于100k的要求。
[0078]
此外，如图7所示，本发明实施例还提出了一种基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准方法，用于采用如上实施例所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置进行校准，所述校准方法包括以下步骤：
[0079]
s10、打开所述标准真空计和所述测量管，使所述标准真空计稳定24小时；
[0080]
s20、启动所述抽气系统，打开所述阀门，对所述真空校准室及所述测量管进行抽气，以使所述标准真空计读数显示的真空度小于1
×
10-6
pa的极限真空度；
[0081]
s30、启动所述gm制冷机和所述温度控制块，使得所述真空校准室内温度达到所需校准温度且温度平衡，打开所述微调阀，将所述供气系统中的校准气体引入所述真空校准室中；
[0082]
s40、在所述真空校准室中的气体压力达到平衡，且所述校准真空计的读数达到所需的校准压力时，关闭所述微调阀，并分别记录所述标准真空计的压力读数p1和所述被校真空计的压力读数p2；
[0083]
s50、计算所述真空校准室的标准压力p
t
：
[0084][0085]
其中，为温度修正因子，t0为所述标准真空计中真空测量规管的温度，单位为k，一般取值420k，t
t
表示所述校准室的最低实测温度，单位为k，为在低温条件下的灵敏度修正因子，ki为某种气体的灵敏度，i＝1,2,......,n(当达到一定程度的温度时，则会发生某种气体的凝聚，表现为分母上(k1k2...kn)的项目的减少)，α为不同系数的剩余气体分压强离子流总和(变系数分压强离子流服从叠加原则。因此α也称为剩余气体的混合离子流，直接由离子流放大器测出)，ie为电子流；
[0086]
根据所述标准压力p
t
和所述被校真空计的压力读数p2，计算校准因子c：
[0087][0088]
其中，c为无量纲，p2为被校真空计的测量值，单位：pa，所述标准压力与被校真空计的温度测量范围有关，温度范围为4k～300k；
[0089]
s60、对于每一数量级的真空度取多个真空度值进行测量，将每一次测量计算得到的校准因子取平均值作为最终校准因子以对所述引压管进行校准。
[0090]
本实施例中，利用上述实施例中的测量装置，通过控制标准真空计的测量环境及更新其测量原理，在引压管校准完成后，被校真空计及引压管可用于低温(4k～300k)狭窄环境下的真空度测量，且通过多次测量取平均值得到校准因子，确保引压管校准的准确性。
[0091]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0092]
此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0093]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述装置包括：三通连接件、标准真空计、被校真空计、微调阀和布置于真空外壳内的真空校准室、温度控制块、测量管、冷屏和gm制冷机；三通连接件的测量端与所述标准真空计连接，抽气端经阀门与抽气系统连接，进气端经微调阀与供气系统连接以及与所述测量管上部连接，所述测量管中部与所述冷屏的上部接触，所述测量管的下部与所述冷屏内的所述真空校准室上部焊接；所述冷屏的下部与所述gm制冷机的一级冷头连接，所述真空校准室的下部与所述温度控制块连接，所述温度控制块与所述gm制冷机的二级冷头连接；所述真空校准室中部预留有连接孔，所述冷屏上开设有穿孔，所述引压管一端与连接孔连接、另一端经所述穿孔与布置在所述真空外壳外部的所述被校真空计连接。2.如权利要求1所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述测量管从上到下依次包括上直管、上波纹管、下直管和下波纹管，所述上直管与所述真空外壳的法兰二上的引管焊接，所述下直管与所述冷屏的上部接触，所述下波纹管与所述真空校准室的上部焊接且所述下波纹管下端与所述下直管无接触。3.如权利要求2所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述上直管和所述下直管的壁管厚度均为0.5mm，所述上波纹管和所述下波纹管的波数比为1.6:1。4.如权利要求2所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述真空外壳采用套筒式结构，所述真空外壳的上部与法兰一焊接，所述法兰一和所述法兰二连接，所述真空外壳的上部和中部为可拆卸连接，所述真空外壳的中部与下部为可拆卸连接。5.如权利要求1所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述冷屏采用左右两半式的结构，且所述冷屏外壁四周布置有连接部；所述冷屏采用t2级紫铜制备。6.如权利要求1所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述真空校准室包括上半部和下半部，所述上半部和所述下半部的连接处设置有供真空钎焊的凹凸槽，所述上半部和所述下半部真空钎焊形成球形中空结构。7.如权利要求1所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述引压管为内壁经过电抛光处理的不锈钢管，所述引压管内壁的放气率小于其流导的1/100。8.如权利要求1-7任一项所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述gm制冷机的一级冷头提供70w@100k的冷量，二级冷头提供1.5w@4k的冷量。9.如权利要求1-7任一项所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置，其特征在于，所述冷屏外围及所述真空校准室外围均包裹真空多层绝热材料，所述温度控制块为缠有加热电阻丝的紫铜块。10.一种基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准方法，其特征在于，用于采用如权利要求1-9任一项所述的基于gm制冷机冷却的超低温真空测量校准装置进行校准，所述校准方法包括：打开所述标准真空计和所述测量管，使所述标准真空计稳定；
启动所述抽气系统，打开所述阀门，对所述真空校准室及所述测量管进行抽气，以使所述标准真空计读数显示的真空度小于1
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pa的极限真空度；启动所述gm制冷机和所述温度控制块，使得所述真空校准室内温度达到所需校准温度且温度平衡，打开所述微调阀，将所述供气系统中的校准气体引入所述真空校准室中；在所述真空校准室中的气体压力达到平衡，且所述校准真空计的读数达到所需的校准压力时，关闭所述微调阀，并分别记录所述标准真空计的压力读数p1和所述被校真空计的压力读数p2；计算所述真空校准室的标准压力p
t
：其中，为温度修正因子，t0为所述标准真空计中真空测量规管的温度，t
t
表示所述校准室的最低实测温度，为在低温条件下的灵敏度修正因子，k
i
为某种气体的灵敏度，i＝1,2,......,n，α为不同系数的剩余气体分压强离子流总和，i
e
为电子流；根据所述标准压力p
t
和所述被校真空计的压力读数p2，计算校准因子c：对于每一数量级的真空度取多个真空度值进行测量，将每一次测量计算得到的校准因子取平均值作为最终校准因子以对所述引压管进行校准。

技术总结
本发明公开了一种基于GM制冷机冷却的超低温真空测量校准装置及方法，属于测量与校准技术领域，装置包括三通连接件的测量端与标准真空计连接，抽气端与抽气系统连接，进气端与供气系统连接和与测量管上部连接，测量管中部与冷屏上部接触、下部与冷屏内部的校准室上部焊接；冷屏下部与GM制冷机一级冷头连接，校准室下部与温度控制块连接，温度控制块与GM制冷机二级冷头连接；校准室中部预留连接孔，冷屏上开设穿孔，引压管一端与连接孔连接、另一端经穿孔与布置在真空外壳外部的被校真空计连接。本发明中在引压管校准完成后，被校真空计及引压管可用于低温(4K～300K)狭窄环境下的真空度测量。真空度测量。真空度测量。


技术研发人员：欧阳峥嵘 伍世贤 李俊杰 石磊 匡大志 孟秋敏 艾鑫 陈旭恒 丁配之
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2022.01.27
技术公布日：2022/5/25