Температурная зависимость гелиевой течи

Температура влияет не только на газ в резервуаре, но и на рабочий элемент. Поэтому одной универсальной поправки для всех течей нет. Сначала определяют тип конструкции, затем используют характеристику, полученную для конкретного экземпляра или подтверждённой серии.

Схематическая температурная зависимость гелиевой течи
Схематическое представление. Не является калибровочной характеристикой конкретного изделия.

Проницаемая стеклянная течь

Гелий растворяется в стекле и диффундирует через него. В исследовании NIST для распространённого стеклянного элемента изменение около комнатной температуры составляло примерно 4 % на 1 °C, а в международном сравнении CCM.P-K12 два конкретных артефакта имели коэффициенты 3,96 и 4,00 %/К. Эти числа показывают масштаб эффекта, но не являются коэффициентами для любой течи.

Полная зависимость имеет экспоненциальный вид. Линейное приближение удобно на узком интервале около опорной температуры. NIST Handbook 150-2H не рекомендует переносить линейную поправку далее чем примерно на 5 °C от температуры калибровки без отдельного обоснования.

Капиллярная течь

В капилляре поток определяется геометрией, давлениями, температурой, свойствами газа и режимом течения. В вязкостном, переходном и молекулярном режимах зависимости различаются. Коэффициент проницаемой мембраны к капилляру неприменим.

Термостабилизация

  • размещайте течь и датчик температуры в одинаковой среде;
  • не нагревайте корпус рукой во время отсчёта;
  • после переноса дождитесь устойчивой температуры и сигнала;
  • фиксируйте температуру одновременно с показанием;
  • не пересчитывайте результат, если коэффициент не указан в паспорте или калибровке.

Как записывать результат

В журнале указывают измеренный сигнал, температуру, применённую поправку и источник коэффициента. Если поправка отсутствует, результат сравнивают с паспортным значением только с учётом допустимого температурного интервала и неопределённости.

Источники: Abbott и Tison, NIST, 1996; BIPM CCM.P-K12; NIST Handbook 150-2H.

Температура, концентрация и давление резервуара

Для проницаемой течи поток определяется не только температурой мембраны, но и концентрацией гелия в резервуаре. В работе с одним переменно-резервуарным артефактом линейная связь потока и концентрации была подтверждена на исследованном интервале, а затем использована для формирования потоков порядка 10−13…10−14 моль/с. Переносить эту зависимость на другую мембрану без характеризации нельзя.

Сравнение NBS и Sandia отдельно показало риск линейной температурной коррекции на слишком широком диапазоне. Для узкого интервала около опорной температуры линейная поправка может быть практична; при большом отклонении требуется полная модель или новая калибровка.

Источники: DOI 10.1116/1.578834; 10.1116/1.573922; 10.1116/1.573921.

Инженерные выводы из исследований

Методы калибровки, конструкции рабочих элементов и ограничения, извлечённые из научных работ и патентных описаний.

Открыть технический обзор