微壓氣體活塞壓力計原理特點

活塞壓力計的量值來源于砝碼的質(zhì)量和活塞有效面積，能夠溯源至基本量，可作為國家基準(zhǔn)使用但由于活塞本身自重的影響，常規(guī)的活塞壓力計都會受到測量下限的限制，通常其測量下限不會低于5kPa且由于在小壓力時受活塞自重及轉(zhuǎn)動慣量的影響，其轉(zhuǎn)動延續(xù)時間較短，實際工作時其滿足測量不確定度要求的測量下限通常大于8kPa。而靜態(tài)膨脹系統(tǒng)測量1kPa以上的壓力也是相當(dāng)困難的，由于前級取樣壓力太高，氣體膨脹做功會造成校準(zhǔn)室溫度有較大的變化和溫度梯度，這也就造成了在膨脹系統(tǒng)在測量1kPa以上的壓力點時，不確定度會較大微壓氣體活塞式壓力計（滿量程為11kPa）的出現(xiàn)，很好地解決了這個問題。

1工作原理

FRS5活塞裝置是英國 Fumess Controls公司生產(chǎn)的微壓活塞產(chǎn)品，測量范圍為0～11kPa。微壓活塞的結(jié)構(gòu)如圖1所示活塞桿上方為校準(zhǔn)室，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的動平衡壓力。進(jìn)氣端由精密壓力控制器控制，可產(chǎn)生穩(wěn)定的進(jìn)氣壓力，在表壓2-170kPa 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。小流導(dǎo)為兩個可微調(diào)的針閥DV1和Dv2。通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣針閥，來控制活塞校準(zhǔn)室內(nèi)所產(chǎn)生的動平衡壓力，用一臺分子泵對校準(zhǔn)室進(jìn)行抽氣，能夠快速達(dá)到10^-4Pa，方便對薄膜真空計進(jìn)行調(diào)零活塞桿下方為參考室，用分子泵對其進(jìn)行抽氣，可以獲得低于10^-3pa的參考壓力。

天平也在參考室內(nèi)部，活塞桿直接放置在天平托盤上，由天平測量活塞桿所受到的來自校準(zhǔn)室的壓力天平下部可安裝托盤，加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼對天平進(jìn)行校準(zhǔn)，將量值溯源至國家質(zhì)量基準(zhǔn)。活塞有效面積約為4.5x10^-3m²，可以在表壓模式或者絕壓高壓力狀態(tài)由壓力基準(zhǔn)對其有效面積進(jìn)行量值傳遞、活塞桿與活塞筒之間的間隙約為25~30um，校準(zhǔn)室內(nèi)氣體通過這個間隙流入?yún)⒖际遥M(jìn)而被分子泵抽走。

2特點

2.1不旋轉(zhuǎn)的活塞桿

與傳統(tǒng)活塞不同，F(xiàn)RSs的活塞桿是不旋轉(zhuǎn)的。活塞桿用一個四邊懸掛系統(tǒng)懸掛在活塞筒的同心位置，懸掛系統(tǒng)的一端連接到活塞桿上，另一端連接到活塞筒上活塞桿可微量移動，這個懸掛系統(tǒng)可以保證在活塞桿微量移動過程中，與活塞筒保持同軸活塞筒與活塞桿均為鎳鐵合金，這是一種熱膨脹系數(shù)很低的材質(zhì)，根據(jù)廠家的說明，在室溫變化時，僅僅會引入4×10^-6或更小的有效面積改變。

2.2不需要潤滑氣體

為保證活塞正常工作，消除靜摩擦力，通常活塞桿是旋轉(zhuǎn)的，并需要對旋轉(zhuǎn)速度和下降速度有一定的要求，而不旋轉(zhuǎn)的活塞，則活塞桿與活塞筒之間需要潤滑氣體，以保證活塞桿與活塞筒不會接觸到一起，從而沒有額外的摩擦力。FRss的活塞桿和活塞筒之間的間隙較大，而且活塞桿是通過四邊懸掛系統(tǒng)直接平穩(wěn)地作用在天平上，本身不會發(fā)生傾斜，避免了活塞筒與活塞桿的接觸，故不需要高壓潤滑氣體。沒有了潤滑氣體，所以Rss的參考端可以達(dá)到很高的真空度。

2.3干燥氮氣

FRS5的優(yōu)勢是：在相同量限的活塞計中，只有這種活塞是可以用干燥氮氣作實驗氣體，而不需要用一定濕度的氣體。這就使得下RSs非常適合真空行業(yè)的使用，可直接用于測量靜態(tài)膨脹系統(tǒng)的前級壓力或者校準(zhǔn)電容薄膜真空計，而不需要考慮水汽對真空系統(tǒng)的影響。