如何校正真空計

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詞彙的定義

由於這些詞彙經常會在日常使用中搞混，因此我們將先提供這些詞彙的清楚定義：

調整

調整是指儀器的正確設定。例如，在 THERMOVAC 中設定真空 (零) 與大氣，或在氦氣測漏儀中將質譜分析設定為質量 4。

校正檢查

校正檢查是指由專門授權人員 (標準局) 依據特定法規對標準進行比較。這有時又稱為工廠校正。如果此定期檢查的結果為正，便會透過貼紙或鉛封為外部人員提供可見的到下一個操作期間 (例如三年) 為止的操作許可。如果結果為負，便禁止操作儀器。

校正

校正是指由專門授權人員 (校正設施) 依據特定法規對標準進行比較。此程序的結果為校正認證，其中包含對照標準校正之儀器的讀數偏差。校正設施負責執行此校正工作。有一個問題是，標準有多好，以及要在哪裡進行校正。此類標準會在德國校正服務 (DKD) 的校正設施中校正。德國校正服務由聯邦物理科技研究所 (PTB) 管理。其功能是要確保用於工業測量目的的測量與測試設備受官方標準管制。真空計的校正與 DKD 架構內的測漏由 PTB 指派給 Leybold 及其他公司。所需校正幫浦工作台依據 DIN 28 418 設立，並由 PTB 檢驗及接受。DKD 設施的標準，即所謂的傳輸標準 (參考真空計)，直接由 PTB 定期校正。所有廠牌的真空計均由位於科隆的 Leybold 基於公正立場進行校正。核發 DKD 校正認證時，會在校正上附帶所有特性資料。

聯邦物理科技研究所的標準即是所謂的國家標準。為了能夠保證足夠的測量準確度，或在其校正中盡可能減少測量的不確定性，PTB 大量透過基礎方法的應用執行其測量。這就表示，舉例來說，有人嘗試透過力與面積的測量，或透過嚴格遵守物理定律稀釋氣體來描述校正壓力。每年到 PTB 之下的次高合格校正設施執行一次標準儀器的重新校正鏈，稱為「重設至國家標準」。其他國家也是如此，類似的方法會由國家標準研究所執行，就像德國的聯邦物理科技研究所 (PTB) 所實施的一樣。圖 3.17 顯示了 PTB 的壓力刻度。校正指南在 DIN 標準 (DIN 28 416) 與 ISO 提案中指定。

圖 3.17 柏林聯邦物理科技研究所 (PTB) 的壓力刻度：氮的壓力刻度

基本壓力測量方法的範例 (作為校正真空計的標準方法)

a) 使用參考真空計測量壓力

此類儀器的範例為電容式隔膜真空計，這些類型真空計的參考版本能夠向下測量到不可思議的 10^-4 mbar 精度。(參閱直接壓力測量的頁面)。在此位準之下，SRG 與熱陰極真空計通常會作為參考使用 (參閱間接壓力測量的頁面)

b) 產生已知壓力；靜態膨脹方法

在確切已知參數 p、V 與 T 之特定數量氣體的基礎上 – p 位於例如 U 形管或 McLeod 真空計等參考真空計的測量範圍內 – 離子化真空計工作範圍內的較低壓力可透過數個階段的膨脹達到。

如果體積為 V₁ 的氣體膨脹至體積 (V₁ + V₂)，且從 V₂膨脹至 (V₂ + V₃)，依此類推，則可在 n 個階段的膨脹後得到：

(3.7)

p1 = 直接以 mbar 測量的初始壓力

pn = 校正壓力

此處的體積必須盡可能精準地得知 (見圖 3.18) 且溫度必須保持恆定。此方法需要將使用的設備保持非常乾淨，並在氣體數量可透過超過允許錯誤限制的脫附或吸附變動時達到其限制。據經驗，此下限約為 5 · 10^-7 mbar。此方法稱為靜態膨脹方法，因為靜止氣體的壓力與體積是具決定性的變數。

圖 3.18 透過靜態膨脹產生低壓

c) 動態膨脹方法

體積 1
體積 2
進氣閥 (氣導 L1)
具有氣導 L2 的孔洞
閥
至幫浦系統
閥
至貯氣槽
閥
LN2 冷阱
至幫浦系統
U 形管真空計
McLeod 真空計
閥
校正的離子真空計管
至幫浦 (抽氣速度 PSp)
進氣
質譜分析
19、20 待校正的真空計
待校正的裸真空計
烘乾熔爐

根據此方法，校正壓力 p 是在幫浦裝置以恆定抽氣速度 S 同時從室中抽出空氣的情況下，以恆定輸送率 Q 將氣體送進真空室所產生。根據方程式 1.10 a，在平衡之下，以下內容適用：

(1.10a)

p = Q/S

Q 會從自恆定壓力為優先的供應容器流至校正室的氣體數量中取得，或從透過已知氣導以測量的壓力流入校正室的氣流數量中取得。進氣閥之前的壓力必須足夠高，才能以參考真空計測量。閥的進氣孔洞 (小毛細管、燒結體) 必須小到符合條件 d << λ 的情況，才能取得分子流量及進氣閥的恆定氣導。然後氣體的數量會以 p₁ · L₁ 定義，其中 p₁ = 進氣閥之前的壓力，L₁= 閥的氣導。抽氣系統包含以盡可能薄的壁 (篩網氣導) 中的氣導 L₂ 以及抽氣速度為 PSp 的幫浦精確測量的孔洞：