真空计量新技术

前言

第1章真空计量基础知识1

1?1真空的概念和测量单位1

1?1?1真空的概念1

1?1?2真空度及测量单位2

1?2真空区域的划分4

1?3真空技术与真空计量4

1?4真空计量的物理基础——气体分子运动论5

1?4?1气体分子运动论的基本原理5

1?4?2气体的压力7

1?4?3气体分子的速率分布——麦克斯韦速率分布8

1?4?4气体分子平均自由程9

1?4?5电子碰撞气体引起的电离10

1?4?6分子从表面的反射——余弦定律11

1?4?7热流逸现象11

1?4?8气体在管道中的流动13

1?4?9气体通过小孔的流动15

1?4?10常用流导的计算16

第2章超高/极高真空测量技术18

2?1电离规的分类18

2?2热阴极电离规（发射阴极电离规）18

2?3冷阴极电离规（交叉场电离规）22

2?4新型场致发射阴极电离规24

2?4?1金属微尖（阵列）场致发射阴极电离规24

2?4?2碳纳米管（阵列）场致发射阴极电离规25

2?5电离规的小型化27

2?6真空的激光电离测量技术28

2?7我国在UHV/XHV测量方面的研究进展29

2?7?1电离规的研制29

2?7?2电离规计量学特性研究30

2?8小结42

第3章静态膨胀法真空标准校准下限延伸技术43

3?1研究现状43

3?2校准下限的延伸方法48

3?3静态膨胀法真空标准装置的组成49

3?4校准方法50

3?4?1一级膨胀法50

3?4?2二级膨胀法51

3?4?3三级膨胀法51

3?5容积比的测量及不确定度评定52

3?5?1测量方法52

3?5?2测量结果54

3?5?3测量不确定度评定64

3?6性能测试67

3?6?1极限真空的获得67

3?6?2非蒸散型吸气剂泵抽气特性的研究68

3?6?3静态压力变化的测试69

3?6?4分离规的校准71

3?6?5测量不确定度评定75

3?7小结77

第4章分流法超高/极高真空校准技术78

4?1研究现状78

4?2分流法基本思想81

4?3分流法UHV/XHV校准装置的组成81

4?4分流法校准原理84

4?5分流法UHV/XHV校准装置的参数确定86

4?5?1容积的测量86

4?5?2气体流量的测量91

4?5?3小孔流导C15的测量96

4?5?4小孔流导比RC的测量100

4?5?5小孔流导C9的确定102

4?5?6返流比RP的测量105

4?6分流法UHV/XHV校准装置的性能测试106

4?6?1极限真空度测试106

4?6?2非蒸散型吸气剂泵的抽气特性107

4?6?3分离规的校准109

4?6?4冷阴极电离规的校准111

4?6?5测量不确定度评定111

4?6?6测量不确定度验证113

4?7小结115

第5章转换器型方向规及其校准技术116

5?1研究现状116

5?1?1方向规116

5?1?2方向规的校准118

5?2转换器型方向规119

5?2?1定向分子流测量思想的提出119

5?2?2转换器型方向规的研制120

5?2?3转换器型方向规的性能参数121

5?3转换器型方向规的校准123

5?3?1转换器型方向规校准思想的提出123

5?3?2校准装置123

5?3?3校准方法126

5?4参数确定及性能研究130

5?4?1校准装置参数确定130

5?4?2校准装置性能研究137

5?4?3转换器型方向规性能研究142

5?4?4分子流场分布的验证147

5?5小结151

第6章小型磁偏转质谱计152

6?1小型磁偏转质谱计的应用与现状153

6?1?1月球探测中的应用153

6?1?2火星探测中的应用154

6?1?3国内研究现状154

6?2小型磁偏转质谱计离子源的设计与仿真155

6?2?1离子源的设计155

6?2?2离子透镜的数值计算156

6?3小型磁偏转质谱计分析器的设计与仿真168

6?3?1分析器的设计168

6?3?2分析器空间磁场分布的有限元分析与计算168

6?4小型磁偏转质谱计测控系统设计182

6?4?1离子接收/检测系统182

6?4?2电控系统设计183

6?4?3软件设计184

6?5小型磁偏转质谱计性能研究185

6?5?1质荷比与扫描电压之间关系的研究186

6?5?2性能测试187

6?6小结191

第7章固定流导法校准真空漏孔技术193

7?1真空漏孔校准方法比较193

7?2真空漏孔校准装置的组成196

7?3校准原理198

7?3?1流量测量原理198

7?3?2真空漏孔漏率校准原理198

7?4小孔流导的测量方法199

7?4?1小孔流导测量装置199

7?4?2小孔的选择199

7?4?3小孔流导的测量201

7?5真空漏孔校准装置性能测试209

7?5?1质谱分析室极限真空度的测试209

7?5?2稳压室极限真空度的测试209

7?5?3质谱分析室真空质量谱图分析209

7?5?4质谱分析室漏放气的测试210

7?5?5稳压室漏放气的测试211

7?5?6真空漏孔校准装置全量程气体微流量测试212

7?5?7真空漏孔的校准213

7?5?8真空漏孔校准装置的不确定度评定214

7?6基于非蒸散型吸气剂泵的极小气体流量测量技术214

7?6?1极小气体流量测量装置的组成215

7?6?2稳压室及真空管道漏放气特性研究215

7?6?3流量下限测量216

7?6?4极小漏率真空漏孔的校准217

7?6?5基于静态膨胀法真空标准的极小气体流量测量方法217

7?7小结217

第8章恒压法校准正压漏孔技术219

8?1研究现状219

8?2恒压法正压漏孔校准装置的组成225

8?3校准装置的性能测试229

8?3?1真空检漏230

8?3?2正压检漏230

8?3?3定容室容积的测量231

8?3?4定容室容积测量不确定度评定233

8?3?5各部分校准用容积的测量234

8?3?6恒温实验235

8?3?7本底漏率测量237

8?3?8动密封结构的漏率测量238

8?3?9恒压法小孔流导的测量240

8?4正压漏孔的校准实验241

8?4?1压力锯齿波动恒压法校准正压漏孔242

8?4?2压力锯齿波动恒压法测量不确定度评定246

8?4?3PID恒压控制法校准正压漏孔246

8?4?4PID恒压法测量不确定度评定249

8?4?5定容法校准正压漏孔250

8?4?6定容法测量不确定度评定253

8?4?7三种校准方法的比较254

8?4?8校准结果的比对验证254

8?4?9技术指标总结254

8?5小结255

第9章虚拟仪器在真空计量中的应用技术258

9?1虚拟仪器258

9?1?1虚拟仪器的构成258

9?1?2在LabVIEW中实现远程虚拟仪器的方法259

9?2虚拟仪器技术在真空计量中的应用260

9?2?1在恒压式气体微流量计中的应用260

9?2?2在正压漏孔校准装置中的应用269

9?2?3在分压力质谱计校准装置中的应用271

9?2?4在超高/极高真空校准装置中的应用272

9?3小结276

参考文献277

本书介绍了当今真空计量科学技术的发展水平，特别是详细介绍了我国在真空计量研究方面的新技术。全书共分9章。第1章介绍了与真空计量相关的基本知识和物理基础。第2～5章介绍了真空全压力计量技术。第6～9章分别讨论了真空分压力计量技术、真空漏率计量技术、正压漏率计量技术和虚拟仪器在真空计量中的应用技术，并着重介绍了适合空间环境探测用小型磁偏转质谱计的研制、固定流导法校准真空漏孔技术、恒压法校准正压漏孔技术，以及虚拟仪器技术在恒压式气体微流量计中的应用情况。本书内容新颖，实用性强，适合于从事与真空计量技术工作有关的工程技术人员、科研人员使用，亦可供大专院校相关专业的师生阅读。