称重法滴管式气体流量测量的实验研究与误差分析

作者:张世伟;孙坤;赵凡;韩峰 刊名:真空 上传者:周颖辉

【摘要】为验证前文提出的称重法滴管式气体流量测量装置与方法的原理正确性和实验可行性,将一台实验教学用的扩散泵抽速测量装置改建为称重法滴管式气体流量测量试验台;采用称重法完成了一台K-200扩散泵的抽速曲线测量,结果与传统法一致,验证了新方法的可行性和便捷性。针对电子秤自身精度可能带来的测量误差和由于油液升降流动产生附加重量的原理性误差,开展该测量方法的误差分析,结果表明这两项误差对气体流量的测量结果影响很小。

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为提高真空泵抽速测量的自动化水平,本文作者曾提出了一种基于称重原理的滴管式气体流量测量方法[1],在回顾普通滴管式气体流量测量方法并分析其不足的基础上,对新测量方法的装置结构和工作原理进行了详细的描述,给出了气体流量测量的计算公式和具体操作步骤,并说明其特点,但前文尚未完成实验验证。因此,为了验证前文中所述原理的正确性和实际可操作性,本文作者对一台用于实验教学的传统滴管式气体流量测量装置进行了简单改造,组成了基于称重原理的气体流量测量与真空泵抽速测试试验台,并利用改造后的实验台开展了一系列的实验测试研究。本文将介绍实验研究的结果,并对该测量方法做深入的误差分析,以期促进该测量方法的实际应用。1实验装置改装前的实验教学用普通滴管式气体流量测量及真空泵抽速测量装置,是严格执行国家标准[2]《GB6307.1-86蒸汽流真空泵抽气速率(体积流率)测试方法》建造的。其中真空泵抽速测量实验台部分包括:DN400标准测试罩,经锥形过渡管道,连接作为被测量泵的K-200油扩散泵,扩散泵的前级泵为2X-15B型旋片式真空泵,实验台还配有必要的前级预抽管路和前级阀,以及ZDF-Ⅲ-LED型复合式真空计等,本次改造未做任何变动。原实验台的气体流量测量部分是参照原机械行业标准[3]《JB/T8472.1-1996蒸汽流真空泵性能测定第一部分:抽气速率(体积流率)的测定》所推荐的普通滴管式气体流量测量装置,本 文将其改造成为称重法滴管式测量装置,具体做法是:选用OHAUS(奥豪斯)SCOUTSE602F型电子秤(量程为0.6kg,可读精度0.01g)一台,置于固定平台上;内部盛装测量油(密度为895kg/m3)的玻璃烧杯(内径80mm和50mm各一只,交替使用)静置于电子秤的称重台上;固定滴管的支架与电子秤及贮油槽无直接接触地置于固定平台上,由支架支撑的滴管(内径25mm)垂直固定摆放,其下端伸入烧杯中位于测量油水平液面以下足够深处,但不与烧杯有直接接触;流量测量装置的其余部分与普通滴管式气体流量测量系统完全相同:滴管上端接三通管,三通管的其中一侧接进气阀,另一侧经连接管接微调阀的入口,微调阀的出口通向真空泵抽速测试罩的进气口,微调阀采用手动调整,其余阀门均为电磁阀;利用计算机实时记录与存储电子秤的测量读数,并同时记录对应的时间。整个实验装置的原理结构简图如图1所示,图2为实验室中测量装置的实物图。2实验测试结果利用上述改装后的实验装置,完成了对K-200扩散泵的抽速测量。测量中所选用的滴管和烧杯的结构参数,以及电子秤的各组测试数据,由表1给出。根据测试数据计算泵的气体流量和抽速的计算公式在文献[1]中给出(公式13和公式2),为如下形式:q=(W1-W2)[paa+ρg(1+a/A)V0-g(2W0-W1-W2)]ρa(1+a/A)t(Pa m3/s)(1)S=qp(2)式中各符号的物理意义与单位参见表1或文献[1]。从表1中可以看出,在横跨4个数量级的气体压力范围内,抽速测量过程中只使用了一种型号的滴管和两种型号的贮油烧杯,体现出称重法测量的便捷性。1.滴管支架;2.电子秤;3.油液;4.贮油杯;5.滴管;6.进气阀;7.三通管;8.连接管;9.微调阀;10.计算机;11.标准测试罩;12.锥形过渡管;13.真空规;14.预抽阀;15.扩散真空泵;16.前级阀;17.机械泵图1实验装置的原理结构简图Fig.1 The principle diagram of the experimental setup123546 7 8 9 11 12 13 141516171

参考文献

引证文献

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