激光干涉仪在气体微小流量测量中的应用

赵玉婷,杨松涛,张永胜,于华伟

(航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095)

0 引言

气体微小流量测量在航空航天、半导体制造业、生物工程及精细化工等领域有广泛的应用[1],微升级别的微小流量测量更是起到至关重要的作用[2],因此需要建立具有良好计量性能的气体微小流量标准装置,满足微升级微小流量的溯源需求[3]。目前测量不确定度高于0.5%的小流量标准装置主要是活塞式气体流量标准装置,例如:德国PTB 建立的标准装置流量范围覆盖0.003～3 L/min,标准流量的不确定度为0.25%(k=2)[4]。在国内,航空工业计量所建立的被动活塞式玻璃体积管气体小流量标准装置,流量范围覆盖0.001～10 L/min,其中0.01～10 L/min 扩展不确定度为0.2%(k=2),0.001～0.01 L/min 扩展不确定度为0.5%(k=2)。

为了进一步拓展流量范围下限,本文在现有被动活塞式玻璃体积管气体小流量标准装置的基础上进行技术改进,利用激光干涉仪替代光电开关,实时测量活塞移动位移与时间从而计算得出标准流量。对改进后的标准流量装置进行重复性试验和测量不确定度分析,验证其准确性和可靠性。

1 原有被动活塞玻璃体积管标准装置

被动活塞玻璃体积管标准装置主要由气源控制部分和主标准器组成,流量范围为0.001～10 L/min,在0.001～0.01 L/min 范围内扩展不确定度为0.5%(k=2),在0.01～10 L/min 范围内扩展不确定度为0.2%(k=2),适用的工作介质包括空气、氮气、氩气等。气源控制部分通过两级减压形成稳定压力,为了方便工作过程中流量的显示及调节,配备了多种流量范围的热式气体质量流量控制器。……