(高清版)GBT 40344.1-2021 真空技术 真空泵性能测量标准方法 第1部分：总体要求

GB/T40344.1—2021/ISO21360-1:2020真空技术真空泵性能测量标准方法国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会 Ⅲ 12规范性引用文件 13术语和定义 1 3 45.1流量法测量体积流率(抽速) 4 45.1.2流量法的测试罩 45.1.3测试装置 55.1.4体积流率的测定 65.1.5测量步骤 75.1.6测量不确定度 75.1.7测量评估 75.2小孔法测量体积流率(抽速) 75.2.1概述 75.2.2小孔法的测试罩 85.2.3测量装置 85.2.4体积流率的测定 95.2.5小孔法测量步骤 9 5.2.8测量不确定度 5.2.9测量评估 5.3抽气法测量体积流率(抽速) 5.3.4测量装置 5.3.7适用范围 5.3.8测量评估 5.3.9测量不确定度 5.4基础压力测量 5.4.1运行条件 I5.4.2基础压力>10-⁴Pa下的测试步骤 5.4.3基础压力<10-⁴Pa下的测试步骤 5.4.4测量评估 5.5压缩比和临界前级压力测量 5.5.1测量装置 5.5.2压缩比和临界前级压力的测定 5.5.3测量步骤 5.5.4测量不确定度 5.5.5测量评估 附录A(资料性附录)一些重要气体的平均自由程 附录B(资料性附录)测量不确定度 21GB/T40344.1—2021/ISO21360-1GB/T40344《真空技术真空泵性能测量标准方法》计划发布以下部分： 第1部分：总体要求：本部分为GB/T40344的第1部分。本部分使用翻译法等同采用ISO21360-1:2020《真空技术真空泵性能测量标准方法第1部分：———GB/T3163—2007真空技术术语(ISO3529:1981,MOD)。——第4章增加了表的编号和标题。ⅢISO3529-2真空技术术语第2部分：真空泵和相关术语(Vacuumtechnology—Vocabulary—lpi,pd,pe测试罩的指定位置处测得的泵入口处的压力。基础压力basepressurepb真空泵和测试罩达到规定状态后，测试罩指定位置处测得的压力。注：见5.4。最大工作压力maximumworkingpressure真空泵和驱动装置能承受的持续运行无损坏时的最大入口压力。前级压力backingpressurep₃真空泵的出口压力。临界前级压力criticalbackingpressurepc操作手册规定的或针对特定真空泵所用的标准中规定的最大出口压力。压缩比compressionratio真空泵无流量时，前级压力p₃与入口压力p₁的比值。用下述公式表示：测试罩testdome精确规定了尺寸、直径，规定位置处设有连接法兰，用以测量真空泵标准性能参数的专用真空容器。Q流经管道的气体量。用下述公式表示：2中国标准出版社授权北京万方数据股份有限公司在中国境内(不含港澳台地区)推广使用气体标准状态(0℃,101325Pa)下的体积流率。4符号表1中所列符号适用于本文件。说明amACd小孔直径mDmmm真空泵的零流量压缩比mmM真空泵入口处(高)真空压力Pa(或mbar)泵入口的最大工作压力Pa(或mbar)前级管路压力Pa(或mbar)Pa(或mbar)基础压力Pa(或mbar)临界前级压力Pa(或mbar)小孔法测量时测试罩内的压力Pa(或mbar)QPa·L/s(或mbar·L/s)3说明QPa·L/s(或mbar·L/s)L/s(或m³/h)L/s(或m³/h)气体标准状态，也就是0℃、101325Psccm(或cm⁸/min)气体标准状态，也就是0℃、101325PL/s(或m³/h)Pa·L/s(或mbar·L/s)RT热力学温度K273.15K(定义为0℃)KKKuVL(或m³)VL(或m³)0小孔孔径处的壁厚m4GB/T40344.1—2021/ISO21360-1:2020见图2。测试罩应是清洁干燥的。泵、密封件和其他元件的清洁度应适合于预估的基础压力。按图2在清5采用流量法测量体积流率qy,就是在测试罩外测量气体流量Q。如果位于测试罩底部法兰上方指 (2)情况下通过用热电式质量流量计来测量气体流量(见参考文献[6]第109～113页)。 (3)单位“sccm”(标准cm³/min)经常用于qvsd。如果这样，将qvmd=(qvsc/6GB/T40344.1—2021/ISO2136图1所示的测试罩和其他测试设备按图2布置。首先关闭进气调节阀，测试罩应达到基础压力(见当达到所需压力p₁,且其变化范围在每分钟±3%内时，测量p₁和p、环境温度、测试罩温度Tp以及有效流量Q。如果流量保持在±3%内，则此点测量可视为有效。如流量因瞬变状况而不稳等到它稳定为止。如流量的测量持续时间超过60s,则应至少每分钟记录一次测试罩内压力pi₁,在此压力p₁在每个数量级应至少测量三点，如果流量增加至最大容许值Qmx时，可获得最大入口压气体流量测量的标准不确定度宜保持在±2.5%以内，压力测量的标准不确定度宜保持在±3%以内。精确的计算见附录B。体积流率的总不确定度应小于10%。采用公式(1)计算测试泵的体积流率qv,画出qy对应入口压力的半对数坐标图(类一坐标图上画出由Qsa和p₃计算得到的前级泵(如果使用)的体积流率qvBp对应p₃的曲线，以显示前级泵的大小。横坐标的范围应涵盖压力p₁和p₃的全部范围。应标明真空泵的基础压力pb和前级泵的基础压力pb3。b)测试泵的型号和系列编号；c)测试泵的转动频率(转速)和/或其他的运d)测试泵所用的工作液和它在20℃时的蒸气压；j)环境温度和测试罩温度；小孔法适用于高真空泵。测试罩内应是分子流状态。在没有适用的气体流量计来测量小流量时，7GB/T40344.1—2021/ISO21360-1薄壁小孔的直径(δ/d<0.1)平均自由程I的具体值参见附录A。对于泵入口法兰直径等于或大于Dn=100mm的泵，测试罩的公称直径D、应等于入口法兰的实对于泵入口法兰直径小于Dn=100X见图4。8GB/T40344.1—2021/ISO21图4小孔法测量体积流率(抽速)的装置5.2.4体积流率的测定一个圆孔薄壁将测试罩分成了两个腔(见图3)。体积流率由公式(5)给出： (5)测试罩上腔和下腔的基础压力p和pbe是在烘烤(见5.4)后，且允许气体进入前测量的。直径为d,厚度为δ的小孔流导，能用公式(6)计算：1/[1+(8/d)]项是修正系数(仅适用于δ<d),能将其定义为通过小孔的平均传输几率。注意公式采用一致的单位。代入常数：得流导公式，单位为立方米/每秒(m³/s):此处δ和d单位为米(m)。5.2.5小孔法测量步骤按图4组装测量装置。开始测量前，关闭所有进气阀，烘烤后测试罩内应达到基础压力pa和pbe9中国标准出版社授权北京万方数据股份有限公司在中国境内(不含港澳台地区)推广使用GB/T40344.1—2021/ISO21360-1(见5.4)。测试罩内达到基础压力pm和pbe并记录之后，将测试气体注入阀门(图4中4)来检查真空计(图4中7)和(图4中8)的灵敏度。对于每一对压力值，计算比值(pa—pba)/(pe—Pbe)宜等于1。如果偏离1,则每个数量级都应使用气体通过调节阀(图4中5)进入测试罩。以基础压力pbe的两倍作为起始值，逐渐增加压力进行测量。达到所需的压力pbe后并保持稳定在±3%之内至少60s以上，该点可视为有效。如果因为瞬变工每个压力数量级至少测三点，直至pe=1×10-³Pa或者直至测试罩上腔的气体分子平均自由程(见参考文献[7]第43页)变得小于2d,此处d为小孔的直径(参见附录A)。每次测量都要记录pa、压力比的测量不确定度宜≤3%,小孔直径的测量不确定度宜为0.5%。如果上部腔室的压力升高至平均自由程接近于小孔直径两倍时的压力值，分子流流导增加3%(见参考文献[7]第147～150页)。精确计算参见附录B。体积流率的总不确定度应<10%。用公式(5)计算测试泵的体积流率qy,画出qy对应于入口压力的半对数曲线图(见图5),在同一坐标图上画出由Q=peqv=C(pa-pe)和p₃计算得到的前级泵(如果使用)的体积流率qvBp对应于p3GB/T40344.1—2021/ISO21360-1所以抽真空过程中的冷却效果持续发生变化。在大气压下，气体接近等熵膨胀(引起大幅冷力。在抽气周期△t₁内对容器抽真空，直到压力下降若干百分点。然后中断抽气过程，经过等待周期GB/T40344.1—2021/ISO21360-1用抽气法测量体积流率，测试罩容积应不小于被测体积流率与120s的乘积。测试罩的尺寸在空间三个方向上不应相差10倍以上。测试罩和连接管道的所有内表面应是清洁和干燥的。测试罩应有速动阀的开启或关闭时间宜<0.5s。为了减小速动阀开启或关闭时间对抽速测量不确定度的影启时间的测量和计算应有足够的精度。由于阀门类型不同，实际开启时间可以与阀门驱动时间存在应使用绝对压力真空计测量压力。测试罩与真空计之间的连接管道长度不应超过1m,管道的公在抽气时间周期△t₁内，测试罩内压力由p,降低到p₂(假定为等温膨胀),则真空泵的体积流率GB/T40344.1—2021/ISO21 (9)的速动阀(图6中5)并在时间周期△t₁保持开启。公式(9)计算体积流率的方法包含有两个能修正的系统误差。 (10)△t₃内曲线的斜率反推到时间点(2),能修正漏率和放气率对体积流率测量结果的影响。因此，经过修正的压力p₂可由公式(11)得到： (11)将公式(10)和公式(11)代入公式(9),得到修正的体积流率： (12)图7抽气法测量体积流率的抽空周期内压力-时间的曲线中国标准出版社授权北京万方数据股份有限公司在中国境内(不含港澳台地区)推广使用空泵达到稳定的工作温度。真空泵应可直排大气。环境温度应在18℃~25℃,并保持稳定在±1.5℃内。在压力<100Pa的情况下，关闭速动阀，宜通过记录后续时间周期△t₃结束时的第三个压力p,见参考文献[7]第135～136页。5.3.8测量评估偏离不超过所测量的抽速值的5%,按照测量点能画出一条拟合曲线。这条拟合曲线就是真空泵的抽体积流率的测量总不确定度应小于10%。如果有证据表明，在没有将p,修正到p₁w,也没有将附录B。GB/T40344.1—2021/ISO21360-1在18℃~25℃之间。在测量期间，测试装置的温度波动应稳定在士1.5℃以内。基础压力的测量采用图2、图4和图6中的配置。如果预估基础压力在10-²Pa～10-4Pa之间，应对测试罩在120℃烘烤3h。如果泵配备有烘烤装泵和测试罩达到了平衡工作温度后1h测得的压力p₁就是基础压力pb。安装测试罩时(见图2),应满足超高真空(UHV)技术所要求的条件。启动真空泵1h后，将测试罩加热至150℃~300℃的最高温度。如果泵配备有烘烤装置，应依照制造商的说明书进行烘烤。应监控真空泵上部的温度，并保持在泵规定的范围内。当烘烤达到48h除气。同时应记录真空泵出口压力p₃。测量压缩比的测量装置如图8所示。测试罩表面及所使用的密封件、法兰应适合预估的基础压力。压力<10-⁴Pa时，应使用可烘为获得约10-²Pa的前级基础压力，推荐在前级泵与流导阀之间使用涡轮分子泵。真空计(图8中6)应尽可能安装在靠近测试泵排气口的等截面直通前级管道上。前级管道直相等。真空计连接管应垂直于排气口管路的轴线、与管路内壁齐平，且应位于进气阀(图8中4)上游。宜安装一个调节阀，以调节进入前级泵的气体流量，节省测试气体。测试气体GB/T40344.1—2021/ISO21测试泵(图8中3)连续排气所能承受的最大前级压力p₃即为临界前级压力pe。逐步打开进气阀(图8中4),致使压力p₃递增。当前级压力p₃和进气口压力pi波动稳定在±5%内且时间超过1min,应同时记录前级压力和进气口压力。每一数量级的前级压力应有3个测量GB/T40344.1—2021/ISO21360-1在双对数坐标系中画出入口压力(p₁一pm)相对于(p₃-pbs)的曲线pe值引起。分压强测量应使用质谱仪。由于入口压力范围涵盖6个数量级以上，因此推荐并联使用(磁悬校准B-A电离计和质谱仪时，容许测试气体通过进气阀(图8中5)进入测试罩，以提高测试罩在各YYPcXGB/T40344.1—2021/ISO(资料性附录)一些重要气体的平均自由程平均自由程与压力的乘积是常数。表A.1给出了各气体在T=293.15K(20℃)时对应的平均自由程和压力的乘积值(见参考文献[7]第921页)。表A.1一些重要气体的平均自由程平均自由程(I×p)空气中国标准出版社授权北京万方数据股份有限公司在中国境内(不含港澳台地区)推广使用GB/T40344.1—2021/ISO21(资料性附录)测量不确定度B.1一般说明不确定度的评定宜根据ISO/IECGuide98-3[5]完成。不确定度的评定应重点考虑以下因素：——每个物理量有一个值X及其不确定度；———标准不确定度用ux表示，表明真值落在X-ux与X+ux区间内的置信概率为68%;———对于校准结果，扩展不确定度宜用Ux表示，——对于包含因子为2的扩展不确定度，真值落在X-ux与X+ux区间内的置信概率为95%。当被测物理量Y由其他不相关的输入量X;导出时，Y的合成标准不确定度uy可根据误差传递规律通过以下公式计算获得：B.2流量法测量体积流率的不确定度见5.1。根据体积流率计算公式(1)qv=Q/(p₁—pb),以及不确定度计算公式(B.1),在忽略基础压力p的情况下，体积流率的合成标准不确定度通过以下公式计算：用公式(B.2)除以公式(1),得到体积流率的相对合成标准不确定度为：B.3小孔法测量体积流率的不确定度见5.2。将公式(B.1)代入公式(5)相对于pa和pe,基础压力pba和pbe忽略不计，由公式(B.4)可得到体积流率的不确定度：用公式(B.4)除以公式(5),同时相对于pa和pe的基础压力pa和pbe忽略不计，得到体积流率的相对合成标准不确定度为：中国标准出版社授权北京万方数据股份有限公司在中国境内(不含港澳台地区)推广使用GB/T40344.1—2021/ISO21360-1流导值与分子流条件下相比会增大3%(见参考文献[7]第147～150页),导致u