Калибровки вакуумных приборов.

На рис. 7-2 изображена конструкция вакуумной камеры для калибровки приборов путем сравнения. Некоторые общие критерии приведены после параграфа ‘подсоединение’ в главе 9.4. Камера должна использоваться только для калибровки и содержаться настолько чистой, насколько возможно, предпочительно с вакуумом. Для создания в камере вакуума используются диффузные или турбомолекулярные насосы в сочетании с ротационными насосами, подходящими дроссельными клапанами и/или высоковакуумными изолирующими клапанами. Порты для монтирования приборов расположены вокруг камеры на одинаковых расстояниях от места соединения с насосом. Порты не должны располагаться на одной линии (друг против друга), потому что электрически заряженные частицы и пары примесей могут испускаться из одного из приборов, и очень важно, чтобы они не попали в какой-либо другой прибор. Тестовые порты должны быть короткими, с трубами большого диаметра для обеспечения высокой удельной проводимости между головками приборов и камерой. Искривление труб под прямым углом дополнительно уменьшает проблемы, связанные с испусканием приборами заряженных частиц и паров примесей. Калибровочный газ поступает в камеру через узкую входную трубу, которая распределяет газ по центру верхней части камеры с целью создания равномерного градиента давления по всей системе. Кроме того, это гарантирует то, что молекулы газа будут совершатть несколько столкновений со стенками системы перед тем, как войти в головку прибора, и в результате исключается эффект так называемой “лучистости”.

Обычно в качестве калибровочного газа используется чистый азот, который в большинстве случаев подается из малого буферного объема.Следует проявлять осторожность, чтобы не допустить проникновения паров воды – перед использованием система подачи должна быть несколько раз наполнена тестовым газом, а затем освобождена от него с целью удаления составляющих воздуха, в том числе и паров воды. Следует также быть осторожным, чтобы не подать в систему избыточное давление, если газ подается из баллона.

В идеале приборы следует калибровать, используя рабочий газ, с которым они работают. Однако не всегда представляется возможным откалибровать образцовые средства измерений, используя такой специальный газ или с помощью набора его составляющих. Поэтому могут потребоваться поправки, учитывающие чувствительность к газу, которые будут увеличивать общую неопределнность калибровки.

Когда система, предназаначенная для калибровки, недоступна, калибровка, тем не менее, может быть выполнена при условии, что будут приняты во внимание полезные практические соображения, приведенные здесь.

Базовое давление в системе вакуума ограничено скоростью работы насоса, присоединенного к камере, утечками, обезгаживанием материалов, находящихся в соприкосновении с вакуумной средой, а также чистотой тестируемых приборов. Базовое давление в системе обычно должно быть по меньшей мере в 20 раз меньше минимального калибровочного даввления. Как только система достигла безопасного уровня вакуума, тестируемые приборы должны быть включены и оставлены во включенном состоянии, пока не прогреются все электронные компоненты. В идеале головки приборов будут управляться их собственными предназначенными для этого процессорами, однако при некоторых обстоятельствах нелишним может быть и специальное оборудование.

Начальная дегазация определяется главным образом поступлением в камеру молекул газа, которые абсорбируются или адсорбируются материалами, из которых изготовлена система. Дегазация уменьшает общее время создания вакуума, поскольку молекулы выкачиваются до достижения конечного уровня давления (это давление определяется рядом факторов, в частности, конечным давлением, которое может быть достигнуто в результате работы насоса, остаточными утечками, остаточной дегазацией и давлением паров системных материалов.) Время, необходимое для достижения этого давления, может быть уменьшено путем нагревания системы во время откачивания. Нагревание увеличивает скорость дегазации, поскольку молекулы удаляются быстрее. После нагрева системе следует дать возможность рестабилизитроваться до калибровочной температуры.

Период охлаждения – это удачное время для дегазации приборов ионизации с нитью накаливания. Если камера не нагрета, приборы следует дегазировать до уровня базового давления или близкого к нему. Во время дегазации приборы становятся очень горячими, поэтому следует избегать прикосновений к ним. После дегазации приборам следует дать остыть до их нормальной температуры. После того как система прийдет в состояние терморавновесия, могут выполняться различные установочные процедуры.

В некоторых типах вакуумных приборов предусмотрена настройка вакуума. В идеале эту настройку следует проводить, когда давление в приборе на несколько десятков ниже минимального давления, при котором наблюдается отклик прибора. Для образцовых средств измерений, таких как емкостные манометры, настройка вакуума выполняется перед проведением калибровочных измерений. Для приборов, подобных приборам Пирани, могут предусматриваться дополнительные настройки при атмосферном давлении,, таким образом, может понадобиться несколько итеративных циклов вакуум – атмосфера для настройки прибора. Для приборов ионизации с нитью накаливания может быть выбрана специальная настройка процессора на чувствительность, например, для того, чтобы обеспечить такое же показание, как и образцового средства измерения при определнном значении давления. Другие типы приборов, такие как приборы ионизации с холодным катодом, могут не иметь никаких выходных настроек. В каждом случае должны прилагаться инструкции производителя по настройке прибора. Базовое давление в системе, а также любые уместные заметки и соображения должны быть записаны. Затем калибровочный газ медленно подается в камеру до тех пор, пока не будет достигнуто первое калибровочное давление. Как только давления, показываемое образцовым средством измерения и калибруемым прибором, стабилизируются, их величины должны быть записаны. Данная процедура повторяется для возрастающей последовательности относительных давленией до тех пор, пока не будет перекрыт заданный диапазон калибровки. Типичная калибровка базового средства измерения будет содержать величины для трех давлений на десяток, например,

… 2*10^-4 Па, 5*10^-4 Па, 9* 10^-4 Па, 2*10^-3 Па,….

Число точек определяется конечным применением прибора, поэтому меньшее или большее количество точек может быть уместно в определенных случаях.