GB/T40344.1—2021/ISO21360-1:2020真空技術(shù)真空泵性能測量標(biāo)準(zhǔn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 1 3 45.1流量法測量體積流率(抽速) 4 45.1.2流量法的測試罩 45.1.3測試裝置 55.1.4體積流率的測定 65.1.5測量步驟 75.1.6測量不確定度 75.1.7測量評(píng)估 75.2小孔法測量體積流率(抽速) 75.2.1概述 75.2.2小孔法的測試罩 85.2.3測量裝置 85.2.4體積流率的測定 95.2.5小孔法測量步驟 9 5.2.8測量不確定度 5.2.9測量評(píng)估 5.3抽氣法測量體積流率(抽速) 5.3.4測量裝置 5.3.7適用范圍 5.3.8測量評(píng)估 5.3.9測量不確定度 5.4基礎(chǔ)壓力測量 5.4.1運(yùn)行條件 I5.4.2基礎(chǔ)壓力>10-?Pa下的測試步驟 5.4.3基礎(chǔ)壓力<10-?Pa下的測試步驟 5.4.4測量評(píng)估 5.5壓縮比和臨界前級(jí)壓力測量 5.5.1測量裝置 5.5.2壓縮比和臨界前級(jí)壓力的測定 5.5.3測量步驟 5.5.4測量不確定度 5.5.5測量評(píng)估 附錄A(資料性附錄)一些重要?dú)怏w的平均自由程 附錄B(資料性附錄)測量不確定度 21GB/T40344.1—2021/ISO21360-1GB/T40344《真空技術(shù)真空泵性能測量標(biāo)準(zhǔn)方法》計(jì)劃發(fā)布以下部分： 第1部分：總體要求：本部分為GB/T40344的第1部分。本部分使用翻譯法等同采用ISO21360-1:2020《真空技術(shù)真空泵性能測量標(biāo)準(zhǔn)方法第1部分：———GB/T3163—2007真空技術(shù)術(shù)語(ISO3529:1981,MOD)?！?章增加了表的編號(hào)和標(biāo)題。ⅢISO3529-2真空技術(shù)術(shù)語第2部分：真空泵和相關(guān)術(shù)語(Vacuumtechnology—Vocabulary—lpi,pd,pe測試罩的指定位置處測得的泵入口處的壓力?；A(chǔ)壓力basepressurepb真空泵和測試罩達(dá)到規(guī)定狀態(tài)后，測試罩指定位置處測得的壓力。注：見5.4。最大工作壓力maximumworkingpressure真空泵和驅(qū)動(dòng)裝置能承受的持續(xù)運(yùn)行無損壞時(shí)的最大入口壓力。前級(jí)壓力backingpressurep?真空泵的出口壓力。臨界前級(jí)壓力criticalbackingpressurepc操作手冊(cè)規(guī)定的或針對(duì)特定真空泵所用的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大出口壓力。壓縮比compressionratio真空泵無流量時(shí)，前級(jí)壓力p?與入口壓力p?的比值。用下述公式表示：測試罩testdome精確規(guī)定了尺寸、直徑，規(guī)定位置處設(shè)有連接法蘭，用以測量真空泵標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)的專用真空容器。Q流經(jīng)管道的氣體量。用下述公式表示：2中國標(biāo)準(zhǔn)出版社授權(quán)北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺(tái)地區(qū))推廣使用氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,101325Pa)下的體積流率。4符號(hào)表1中所列符號(hào)適用于本文件。說明amACd小孔直徑mDmmm真空泵的零流量壓縮比mmM真空泵入口處(高)真空壓力Pa(或mbar)泵入口的最大工作壓力Pa(或mbar)前級(jí)管路壓力Pa(或mbar)Pa(或mbar)基礎(chǔ)壓力Pa(或mbar)臨界前級(jí)壓力Pa(或mbar)小孔法測量時(shí)測試罩內(nèi)的壓力Pa(或mbar)QPa·L/s(或mbar·L/s)3說明QPa·L/s(或mbar·L/s)L/s(或m3/h)L/s(或m3/h)氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，也就是0℃、101325Psccm(或cm?/min)氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，也就是0℃、101325PL/s(或m3/h)Pa·L/s(或mbar·L/s)RT熱力學(xué)溫度K273.15K(定義為0℃)KKKuVL(或m3)VL(或m3)0小孔孔徑處的壁厚m4GB/T40344.1—2021/ISO21360-1:2020見圖2。測試罩應(yīng)是清潔干燥的。泵、密封件和其他元件的清潔度應(yīng)適合于預(yù)估的基礎(chǔ)壓力。按圖2在清5采用流量法測量體積流率qy,就是在測試罩外測量氣體流量Q。如果位于測試罩底部法蘭上方指 (2)情況下通過用熱電式質(zhì)量流量計(jì)來測量氣體流量(見參考文獻(xiàn)[6]第109～113頁)。 (3)單位“sccm”(標(biāo)準(zhǔn)cm3/min)經(jīng)常用于qvsd。如果這樣，將qvmd=(qvsc/6GB/T40344.1—2021/ISO2136圖1所示的測試罩和其他測試設(shè)備按圖2布置。首先關(guān)閉進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥，測試罩應(yīng)達(dá)到基礎(chǔ)壓力(見當(dāng)達(dá)到所需壓力p?,且其變化范圍在每分鐘±3%內(nèi)時(shí)，測量p?和p、環(huán)境溫度、測試罩溫度Tp以及有效流量Q。如果流量保持在±3%內(nèi)，則此點(diǎn)測量可視為有效。如流量因瞬變狀況而不穩(wěn)等到它穩(wěn)定為止。如流量的測量持續(xù)時(shí)間超過60s,則應(yīng)至少每分鐘記錄一次測試罩內(nèi)壓力pi?,在此壓力p?在每個(gè)數(shù)量級(jí)應(yīng)至少測量三點(diǎn)，如果流量增加至最大容許值Qmx時(shí)，可獲得最大入口壓氣體流量測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度宜保持在±2.5%以內(nèi)，壓力測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度宜保持在±3%以內(nèi)。精確的計(jì)算見附錄B。體積流率的總不確定度應(yīng)小于10%。采用公式(1)計(jì)算測試泵的體積流率qv,畫出qy對(duì)應(yīng)入口壓力的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖(類一坐標(biāo)圖上畫出由Qsa和p?計(jì)算得到的前級(jí)泵(如果使用)的體積流率qvBp對(duì)應(yīng)p?的曲線，以顯示前級(jí)泵的大小。橫坐標(biāo)的范圍應(yīng)涵蓋壓力p?和p?的全部范圍。應(yīng)標(biāo)明真空泵的基礎(chǔ)壓力pb和前級(jí)泵的基礎(chǔ)壓力pb3。b)測試泵的型號(hào)和系列編號(hào)；c)測試泵的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(轉(zhuǎn)速)和/或其他的運(yùn)d)測試泵所用的工作液和它在20℃時(shí)的蒸氣壓；j)環(huán)境溫度和測試罩溫度；小孔法適用于高真空泵。測試罩內(nèi)應(yīng)是分子流狀態(tài)。在沒有適用的氣體流量計(jì)來測量小流量時(shí)，7GB/T40344.1—2021/ISO21360-1薄壁小孔的直徑(δ/d<0.1)平均自由程I的具體值參見附錄A。對(duì)于泵入口法蘭直徑等于或大于Dn=100mm的泵，測試罩的公稱直徑D、應(yīng)等于入口法蘭的實(shí)對(duì)于泵入口法蘭直徑小于Dn=100X見圖4。8GB/T40344.1—2021/ISO21圖4小孔法測量體積流率(抽速)的裝置5.2.4體積流率的測定一個(gè)圓孔薄壁將測試罩分成了兩個(gè)腔(見圖3)。體積流率由公式(5)給出： (5)測試罩上腔和下腔的基礎(chǔ)壓力p和pbe是在烘烤(見5.4)后，且允許氣體進(jìn)入前測量的。直徑為d,厚度為δ的小孔流導(dǎo)，能用公式(6)計(jì)算：1/[1+(8/d)]項(xiàng)是修正系數(shù)(僅適用于δ<d),能將其定義為通過小孔的平均傳輸幾率。注意公式采用一致的單位。代入常數(shù)：得流導(dǎo)公式，單位為立方米/每秒(m3/s):此處δ和d單位為米(m)。5.2.5小孔法測量步驟按圖4組裝測量裝置。開始測量前，關(guān)閉所有進(jìn)氣閥，烘烤后測試罩內(nèi)應(yīng)達(dá)到基礎(chǔ)壓力pa和pbe9中國標(biāo)準(zhǔn)出版社授權(quán)北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺(tái)地區(qū))推廣使用GB/T40344.1—2021/ISO21360-1(見5.4)。測試罩內(nèi)達(dá)到基礎(chǔ)壓力pm和pbe并記錄之后，將測試氣體注入閥門(圖4中4)來檢查真空計(jì)(圖4中7)和(圖4中8)的靈敏度。對(duì)于每一對(duì)壓力值，計(jì)算比值(pa—pba)/(pe—Pbe)宜等于1。如果偏離1,則每個(gè)數(shù)量級(jí)都應(yīng)使用氣體通過調(diào)節(jié)閥(圖4中5)進(jìn)入測試罩。以基礎(chǔ)壓力pbe的兩倍作為起始值，逐漸增加壓力進(jìn)行測量。達(dá)到所需的壓力pbe后并保持穩(wěn)定在±3%之內(nèi)至少60s以上，該點(diǎn)可視為有效。如果因?yàn)樗沧児っ總€(gè)壓力數(shù)量級(jí)至少測三點(diǎn)，直至pe=1×10-3Pa或者直至測試罩上腔的氣體分子平均自由程(見參考文獻(xiàn)[7]第43頁)變得小于2d,此處d為小孔的直徑(參見附錄A)。每次測量都要記錄pa、壓力比的測量不確定度宜≤3%,小孔直徑的測量不確定度宜為0.5%。如果上部腔室的壓力升高至平均自由程接近于小孔直徑兩倍時(shí)的壓力值，分子流流導(dǎo)增加3%(見參考文獻(xiàn)[7]第147～150頁)。精確計(jì)算參見附錄B。體積流率的總不確定度應(yīng)<10%。用公式(5)計(jì)算測試泵的體積流率qy,畫出qy對(duì)應(yīng)于入口壓力的半對(duì)數(shù)曲線圖(見圖5),在同一坐標(biāo)圖上畫出由Q=peqv=C(pa-pe)和p?計(jì)算得到的前級(jí)泵(如果使用)的體積流率qvBp對(duì)應(yīng)于p3GB/T40344.1—2021/ISO21360-1所以抽真空過程中的冷卻效果持續(xù)發(fā)生變化。在大氣壓下，氣體接近等熵膨脹(引起大幅冷力。在抽氣周期△t?內(nèi)對(duì)容器抽真空，直到壓力下降若干百分點(diǎn)。然后中斷抽氣過程，經(jīng)過等待周期GB/T40344.1—2021/ISO21360-1用抽氣法測量體積流率，測試罩容積應(yīng)不小于被測體積流率與120s的乘積。測試罩的尺寸在空間三個(gè)方向上不應(yīng)相差10倍以上。測試罩和連接管道的所有內(nèi)表面應(yīng)是清潔和干燥的。測試罩應(yīng)有速動(dòng)閥的開啟或關(guān)閉時(shí)間宜<0.5s。為了減小速動(dòng)閥開啟或關(guān)閉時(shí)間對(duì)抽速測量不確定度的影啟時(shí)間的測量和計(jì)算應(yīng)有足夠的精度。由于閥門類型不同，實(shí)際開啟時(shí)間可以與閥門驅(qū)動(dòng)時(shí)間存在應(yīng)使用絕對(duì)壓力真空計(jì)測量壓力。測試罩與真空計(jì)之間的連接管道長度不應(yīng)超過1m,管道的公在抽氣時(shí)間周期△t?內(nèi)，測試罩內(nèi)壓力由p,降低到p?(假定為等溫膨脹),則真空泵的體積流率GB/T40344.1—2021/ISO21 (9)的速動(dòng)閥(圖6中5)并在時(shí)間周期△t?保持開啟。公式(9)計(jì)算體積流率的方法包含有兩個(gè)能修正的系統(tǒng)誤差。 (10)△t?內(nèi)曲線的斜率反推到時(shí)間點(diǎn)(2),能修正漏率和放氣率對(duì)體積流率測量結(jié)果的影響。因此，經(jīng)過修正的壓力p?可由公式(11)得到： (11)將公式(10)和公式(11)代入公式(9),得到修正的體積流率： (12)圖7抽氣法測量體積流率的抽空周期內(nèi)壓力-時(shí)間的曲線中國標(biāo)準(zhǔn)出版社授權(quán)北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺(tái)地區(qū))推廣使用空泵達(dá)到穩(wěn)定的工作溫度。真空泵應(yīng)可直排大氣。環(huán)境溫度應(yīng)在18℃~25℃,并保持穩(wěn)定在±1.5℃內(nèi)。在壓力<100Pa的情況下，關(guān)閉速動(dòng)閥，宜通過記錄后續(xù)時(shí)間周期△t?結(jié)束時(shí)的第三個(gè)壓力p,見參考文獻(xiàn)[7]第135～136頁。5.3.8測量評(píng)估偏離不超過所測量的抽速值的5%,按照測量點(diǎn)能畫出一條擬合曲線。這條擬合曲線就是真空泵的抽體積流率的測量總不確定度應(yīng)小于10%。如果有證據(jù)表明，在沒有將p,修正到p?w,也沒有將附錄B。GB/T40344.1—2021/ISO21360-1在18℃~25℃之間。在測量期間，測試裝置的溫度波動(dòng)應(yīng)穩(wěn)定在士1.5℃以內(nèi)?；A(chǔ)壓力的測量采用圖2、圖4和圖6中的配置。如果預(yù)估基礎(chǔ)壓力在10-2Pa～10-4Pa之間，應(yīng)對(duì)測試罩在120℃烘烤3h。如果泵配備有烘烤裝泵和測試罩達(dá)到了平衡工作溫度后1h測得的壓力p?就是基礎(chǔ)壓力pb。安裝測試罩時(shí)(見圖2),應(yīng)滿足超高真空(UHV)技術(shù)所要求的條件。啟動(dòng)真空泵1h后，將測試罩加熱至150℃~300℃的最高溫度。如果泵配備有烘烤裝置，應(yīng)依照制造商的說明書進(jìn)行烘烤。應(yīng)監(jiān)控真空泵上部的溫度，并保持在泵規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)烘烤達(dá)到48h除氣。同時(shí)應(yīng)記錄真空泵出口壓力p?。測量壓縮比的測量裝置如圖8所示。測試罩表面及所使用的密封件、法蘭應(yīng)適合預(yù)估的基礎(chǔ)壓力。壓力<10-?Pa時(shí)，應(yīng)使用可烘為獲得約10-2Pa的前級(jí)基礎(chǔ)壓力，推薦在前級(jí)泵與流導(dǎo)閥之間使用渦輪分子泵。真空計(jì)(圖8中6)應(yīng)盡可能安裝在靠近測試泵排氣口的等截面直通前級(jí)管道上。前級(jí)管道直相等。真空計(jì)連接管應(yīng)垂直于排氣口管路的軸線、與管路內(nèi)壁齊平，且應(yīng)位于進(jìn)氣閥(圖8中4)上游。宜安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)進(jìn)入前級(jí)泵的氣體流量，節(jié)省測試氣體。測試氣體GB/T40344.1—2021/ISO21測試泵(圖8中3)連續(xù)排氣所能承受的最大前級(jí)壓力p?即為臨界前級(jí)壓力pe。逐步打開進(jìn)氣閥(圖8中4),致使壓力p?遞增。當(dāng)前級(jí)壓力p?和進(jìn)氣口壓力pi波動(dòng)穩(wěn)定在±5%內(nèi)且時(shí)間超過1min,應(yīng)同時(shí)記錄前級(jí)壓力和進(jìn)氣口壓力。每一數(shù)量級(jí)的前級(jí)壓力應(yīng)有3個(gè)測量GB/T40344.1—2021/ISO21360-1在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中畫出入口壓力(p?一pm)相對(duì)于(p?-pbs)的曲線pe值引起。分壓強(qiáng)測量應(yīng)使用質(zhì)譜儀。由于入口壓力范圍涵蓋6個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此推薦并聯(lián)使用(磁懸校準(zhǔn)B-A電離計(jì)和質(zhì)譜儀時(shí)，容許測試氣體通過進(jìn)氣閥(圖8中5)進(jìn)入測試罩，以提高測試罩在各YYPcXGB/T40344.1—2021/ISO(資料性附錄)一些重要?dú)怏w的平均自由程平均自由程與壓力的乘積是常數(shù)。表A.1給出了各氣體在T=293.15K(20℃)時(shí)對(duì)應(yīng)的平均自由程和壓力的乘積值(見參考文獻(xiàn)[7]第921頁)。表A.1一些重要?dú)怏w的平均自由程平均自由程(I×p)空氣中國標(biāo)準(zhǔn)出版社授權(quán)北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺(tái)地區(qū))推廣使用GB/T40344.1—2021/ISO21(資料性附錄)測量不確定度B.1一般說明不確定度的評(píng)定宜根據(jù)ISO/IECGuide98-3[5]完成。不確定度的評(píng)定應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素：——每個(gè)物理量有一個(gè)值X及其不確定度；———標(biāo)準(zhǔn)不確定度用ux表示，表明真值落在X-ux與X+ux區(qū)間內(nèi)的置信概率為68%;———對(duì)于校準(zhǔn)結(jié)果，擴(kuò)展不確定度宜用Ux表示，——對(duì)于包含因子為2的擴(kuò)展不確定度，真值落在X-ux與X+ux區(qū)間內(nèi)的置信概率為95%。當(dāng)被測物理量Y由其他不相關(guān)的輸入量X;導(dǎo)出時(shí)，Y的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uy可根據(jù)誤差傳遞規(guī)律通過以下公式計(jì)算獲得：B.2流量法測量體積流率的不確定度見5.1。根據(jù)體積流率計(jì)算公式(1)qv=Q/(p?—pb),以及不確定度計(jì)算公式(B.1),在忽略基礎(chǔ)壓力p的情況下，體積流率的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度通過以下公式計(jì)算：用公式(B.2)除以公式(1),得到體積流率的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：B.3小孔法測量體積流率的不確定度見5.2。將公式(B.1)代入公式(5)相對(duì)于pa和pe,基礎(chǔ)壓力pba和pbe忽略不計(jì)，由公式(B.4)可得到體積流率的不確定度：用公式(B.4)除以公式(5),同時(shí)相對(duì)于pa和pe的基礎(chǔ)壓力pa和pbe忽略不計(jì)，得到體積流率的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社授權(quán)北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺(tái)地區(qū))推廣使用GB/T40344.1—2021/ISO21360-1流導(dǎo)值與分子流條件下相比會(huì)增大3%(見參考文獻(xiàn)[7]第147～150頁),導(dǎo)致u