MEMS电容薄膜真空计微电容检测系统的设计

为了满足空间环境探测对真空测量仪器准确度高、体积小、质量轻、功耗低的应用需求,基于微机电系统(MEMS)的小型化电容薄膜真空计应运而生。针对MEMS电容薄膜真空计微小电容测量需求,设计了一种基于CDC电容数字转换器的微电容检测系统,获得了fF级微电容检测分辨率。采用温度漂移误差自校准技术,解决了测量压力受温度扰动影响的问题。地面样机测试与验证表明,该检测系统具有宽量程、高分辨率和低功耗检测的优点,为MEMS电容薄膜真空计实现空间应用奠定了技术基础。

EAST装置上差分抽气测量系统的设计

在托卡马克装置运行过程中,装置内壁吸附的杂质粒子会释放到内真空室,影响等离子体的平稳运行。因此需要在放电前对装置进行壁处理清洗。设计了差分抽气测量系统,可以在保持内真空室气体比例不变的前提下降低压力,实现四极质谱仪的正常工作,检测壁处理清洗期间的气体成分。整个设计过程围绕关键部件小流导法兰的流导设计展开,采用粒子平衡法计算得出小流导法兰的设计参数。可以在分子流流态下将待测腔室的气压从10 Pa降低至约0.01 Pa。设计结果为类似高压力条件下气体成分监测设备的设计提供参考。

EAST装置中新型吸附剂泵(NEG)抽速标定研究

粒子排出是控制燃料粒子再循环、提升等离子体性能的关键因素之一。因此研究了新型吸附剂泵(NEG)在粒子排出技术中的潜在应用。NEG泵基于ZAO新型合金材料制成,对氢及其同位素抽速大、容量高,安装、运行、维护简单,兼容等离子体环境,适用于偏滤器区域的超高热流和复杂的空间结构。在EAST托卡马克装置安装4套HV800模组,开展了定期的抽速标定、再生研究以评估其周期性能变化。EAST真空室壁表面积较大,金属壁放气、杂质气体影响NEG泵抽速计算。通过计算EAST整体漏放率与氢及其同位素放气率,利用计算机模拟抽气过程,提出了一种用于修正NEG泵抽速的方法。研究结果表明在偏滤器区域工作压力下,对氘平均抽速可达1200 L/s。

差压法测定NEG吸氢性能

通过对定压法进行改进提出了差压法,用于测试非蒸散型吸气剂(NEG)的吸氢性能。该方法在进气室和吸气室之间安装固定流导元件,利用调节微调阀提供可控的进气流量,通过测量吸气室、进气室和参考室的压力计算NEG的吸气性能参数。利用两种NEG比较了差压法和改进的定压法所测吸气性能。结果表明:差压法测得的吸气容量比改进的定压法测得的吸气容量低0.07268 Pa·L;腔室壁面吸附能力使改进定压法的试验结果高于理论结果,而差压法的试验结果不受影响;对改进的定压法进行优化后,其计算结果与差压法的接近。差压法可以获得更准确、更有效的吸气剂性能参数,在差压法中,参考部分和试验部分同时进行测试,可缩短测试时间,减少控制进气带来的误差。

潘宁放电在密封电真空器件真空度测量中的应用

密封电真空器件的可靠性尤其重要 ,而影响其可靠性的主要因素是真空度。对于具有两个电极的密封电真空器件由于无法利用其自身的电极结构直接测定其真空度 ,因此需要研究并建立一种合适的真空度测量方法。分析了利用潘宁放电来测量两个电极的密封电真空器件真空度的工作原理 ,设计了测试实验装置 ,初步建立了密封电真空器件的潘宁放电模型 ,给出了有关实验数据。

基于热红外的真空绝热板真空度检测研究

真空绝热板(VIP)主要是依靠其内部真空度来提高其绝热性能的,由于导热系数是表征真空绝热板绝热性能最重要的物性参数,准确测量出真空绝热板的导热系数,有助于将真空绝热板应用于需要绝热保温的场合并估算出其热负荷情况,为系统选择制冷设备或加热设备提供依据。在对真空绝热板真空度检测技术的研究中,本文致力于研究一种基于热红外技术的真空绝热板真空度检测方法,主要采用埋入热辐射器件、能量由外部无损耦合提供、使用红外热图像处理技术并结合电路控制系统等实现对真空绝热板的真空度检测。实验表明,红外检测技术用于测量真空度是可行的、检测速度快、检测结果可靠;对热红外检测技术的研究有利于推动国内真空度快速检测技术的发展。

一种真空状态下的气体流量测量新方法

当空气绝对压力小于40 kPa时,目前尚无简便有效的气流质量流量测量手段,为此本文设计了一套新颖的流量标定装置,并提出一种了流量测量方法。在流量调节过程中,调节阀必不可少。真空状态下,流经调节阀的流量几乎完全由阀前、后压力、气流温度四个变量决定。本文由流量标定装置获取有效的数据样本,基于多元非线性回归方法建立了流量与四者的关系表达式。一定范围内只要测定四个变量,则能直接计算出相应流量。实验结果表明计算值与实测流量偏差小于3.0%。

大气污染控制典型技术(上)

近年来,随着国民经济实力的上升,特别是城市人口的急剧增加、交通活动和工业生产的迅速发展,我国的大气环境污染形势越来越严峻。大气污染控制技术的开发与应用是改善大气环境质量的关键环节,本刊特别邀请相关研究人员对当前大气污染控制典型技术的类型、原理、特点及应用情况等进行讲解,以供环境保护工作者参考。

量子真空标准研究进展

2018年,国际计量局将对国际单位制7个基本量进行重新定义或重述。基于光学方法的真空计量新方法、新概念进一步发展,促进真空计量标准向量子化迈进,对真空基本量复现以及今后真空国际单位制的重新定义(由压力的SI单位帕斯卡(Pa)向气体密度单位(mol/m^3或分子个数/m^3,变化)具有重要意义。与传统计量技术相比,利用光学方法所建立的量子真空计量标准具有不需要自校、溯源链零长度、响应快、准确度高、可在多个地点及不同时间复现等优点,为真正意义上的绝对原级标准。本文介绍了美国国家标准与技术研究院(NIST)、德国联邦物理技术研究院(PTB)及瑞典国家测试和检定研究院(SNTRI)等机构开展的基于折射率、吸收光谱、冷原子3种光学方法的新一代量子真空计量标准研究进展,对原理、关键技术及难度挑战进行了阐述和分析。

基于分压力测量的真空材料放气率测试方法研究

在实际工程应用中,除了需要知道真空材料的总放气率之外,往往还关心的是材料放出的某种单一气体的放气率。为此,本文提出了基于分压力测量的真空材料放气率测试方法,通过采用四极质谱计测量小孔两端的分压力来测试单一气体的放气率。基于该方法设计了测试装置,主要由真空抽气系统、双通道气路转换测试系统、压力测量与质谱分析系统三部分组成。该方法的提出可以解决测试材料单一气体放气率的问题,同时也提高了测试结果的准确性。

动态真空校准装置的设计

动态真空校准装置由供气系统、抽气系统、校准系统、烘烤系统、测控及分析系统五部分组成。利用快开超高真空插板阀与限流元件组合的方法,在20ms至1s的时间范围内实现标准压力105Pa至100Pa范围的瞬态阶跃变化。采用稀薄流下DSMC法与连续流下Navier-Stokes方程相结合的模型,确定快速膨胀过程中标准压力时间常数。动态真空校准装置预计达到的技术指标为校准范围10-1Pa～105Pa,合成标准不确定度小于15%。

现场真空校准装置性能研究

研制了一台校准范围为10^(-5)~10~5Pa的现场真空校准装置。将不同种类单一成分的校准气体引入装置上游室,通过几何尺寸为微米量级激光小孔的衰减,建立校准用标准压力p_(std)。上游室压力变化范围为1~10~3Pa,相应地,校准室内对应的标准压力范围10^(-5)~10^(-2)Pa(N2),测量不确定度为2.4%。另外,该装置可采用与标准真空计直接比较进行动态或静态校准,其极限真空度为10^(-6)Pa量级。对装置暴露大气后的抽气性能、静态压升及其主要计量特性进行了实验研究。实验结果表明,该装置外形尺寸以及质量分别为475 mm×420 mm×800 mm、37.8 kg,校准范围为1.9×10^(-5)~1.0×10~5Pa,相对合成标准不确定度为2.8%~0.40%。

我国国防真空计量发展概况及成就

综述了近 4 0多年来我国国防真空计量的发展概况及成就 ,内容包括真空 (全压力 )测量与校准、分压力测量与校准。

真空管道TiN膜热出气率实验研究

简要叙述了小孔流量法测量材料出气率实验的原理和实验装置,给出了不锈钢溅射镀TiN膜在不同情况下的热出气率,并对影响不锈钢溅射镀TiN膜热出气率情况的各种因素进行了分析,为使用溅射镀TiN膜表面处理的储存环真空室的设计提供了依据。

材料在真空环境下放气的测试技术研究

在真空材料放气率测试装置上对金属材料的放气特性进行了实验研究,实验采用的方法为静态升压法、固定流导法、双通道气路转换法。实验结果表明,测试装置的极限真空度为9.2×10-9Pa,铜、铝合金2A12、304不锈钢三种材料半小时后的放气率分别为2.34×10-8Pa·m3·s-1·cm-2、1.83×10-9Pa·m3·s-1·cm-2、8.48×10-11Pa·m3·s-1·cm-2。利用四极质谱计测得装置的本底气体成分主要有H2、N2/CO、H2O和CO2,材料放出的气体成分主要有N2/CO、H2O。三种方法测试得到的铜金属材料的放气率随着温度的升高而不断增大。

毫秒量级快速动态真空校准稀薄气体非定常流动研究

对毫秒量级快速动态真空标准压力建立过程进行分析,获得了经实际气体特性和温度变化修正的动态真空标准压力理论模型,分析表明:上游室压力呈指数规律衰减,快速开合超高真空插板阀打开时间和限流小孔流导值是决定标准压力建立时间的关键因素。此外,在阻塞流态下,对气体膨胀过程进行数值模拟,并做了实验验证。结果表明:上游室压力均匀变化,意味着被校真空计安装位置不会影响校准结果;上游室温度下降呈现出较大梯度,实验测量时应将热电偶尽量布置在上游室中心位置;理论和模拟压力与实测压力最大不确定度分别为10%和4.65%,表明该校准系统能够在毫秒量级的时间内产生可以预测的压力变化;实际气体特性修正因子值为1,可忽略其对标准压力建立的影响;限流小孔流导最大和最小值相差0.8,证明了推导标准压力模型时假设小孔流导为定值的合理性。

MEMS器件真空封装工艺、装备及真空度检测的研究

开发了一台利用电阻焊实现MEMS器件真空封装的设备,探索了内部真空度在10Pa以下的MEMS器件的真空封装工艺,即一次压力为0.4MPa、二次压力为0.6MPa、充电电压为325V时封装质量最好;研究了一种利用晶振测量真空度的方法,经试验,至少经两天老化后晶振的共振频率才能稳定;对7个真空封装器件进行高低温循环试验,其中有5个器件的真空度在三天后还保持在10Pa以下且趋于稳定,成品率达到71.43%。

模拟月壤真空试验装置设计及实现方法

我国探月三期需在月面真空环境下钻采2 m深的月壤样品,为测试采样器在真空热环境下的性能,需首先在地面模拟一个接近月表的真空热环境.本文设计了一套模拟月壤真空试验装置,研究了模拟月壤真空实现方法.通过使用机械泵对模拟月壤进行抽真空,分析了抽速、样品量、含水量、密实度和温度等因素对模拟月壤真空度的影响情况.此外,分别分析了从容器顶部、底部抽气对模拟月壤抽真空效果的影响,提出了保证样品密实度的可行抽气方法.该试验研究对构建月面真空环境模拟器具备一定的参考价值.

用于超高真空的狭缝的设计与制造

本文讨论了弹性狭缝机构的特点、设计原理及加工工艺，该狭缝机构具有结构简单，精度高和优异的超高真空性能。特别适用于真空紫外单色仪的光学狭缝，其设计原理也可用于一般光学狭缝的设计。

贮箱正压漏率检测装置

航天贮箱属于精密设备,漏率要求极其严格,需要配套相应的高效漏率检测装置.贮箱正压漏率检测装置模拟贮箱的真空使用环境,受检贮箱置于一真空状态的集气容器内,实现压力真空检漏;若集气容器保持常压或低压,即形成正压差累积法检漏.该装置集两种检测法于一体,消除了人为及环境因素的影响,具有自动化程度高、检测快捷、结果精确、安全可靠等优点.经测算该检测方法较传统方法可降低成本30%.