测量不确定度评定及其在真空压力测量中的应用外文翻译资料

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测量不确定度评定及其在真空压力测量中的应用

周玉玲，昕泉，杨铁牛

机电工程学院，五邑大学，江门

Email: *wyuzyl@163.com

摘要：为了精确地测量压力和真空室中的两点之间的压力差，使用了大量的实验数据，查询三个电容膜片压力表和分析的性能在该不确定度的压力的主影响。在本文中，三种不确定性，单不确定性，合成的不确定性和三个电容膜片压力表的扩展不确定度中详细介绍了在压力测量。结果表明，电容膜片压力表的性能差异对压力差测量的精确度和不同压力的不确定性是有很大影响的。这对于精确测量压力和压力差具有一定的参考意义。

关键词：电容薄膜压力表，压力测量，测量不确定度

1介绍

科学技术的进步依赖于微电子和半导体技术的升级发展和微电子技术和半导体的更新。这吸引了一些研究人员。无论从设备的研究开发或者需要测量的集成电路（IC）处理室压力工艺参数的研究人员。

不确定度评定，广泛应用于测试，测量和工程研究等领域[1] [2]。测量压力电容膜压力表（CDGS）有一些优点，如高精确度，良好的线性和测量结果无关的气体组成和类型，这样做，它可以应用到测量的IC处理室压力。由于在制造的不同，使用的时间和过压环境，这将导致性能上的差异[3]。研究动态气体流期间在真空室中的压力差时，入口流率较低时，压力差有时是仅Pa的一小部分，因此，电容膜量规的不确定因素是压力测量很重要。本文根据中国的ASME PTC 19.2-2010“压力测量仪器及器具补充”作为学习压力测量的不确定度的标准。该实验中采用其中来自INFICON仪器公司，美国3电容膜计，其范围是1333帕。通过实验，测量压力膜压力表之间的压力差。对其影响的不确定性的各种因素[4]进行分析，结果提供用于测量压力或压力差的位置。

2实验装置

实验系统主要包括气体进气系统，压力测量系统，提取系统。腔室的高度是320毫米而其内径为580 MM如图1所示（容量= 84.5升）而制成的由高真空抽气系统泵送304不锈钢真空室是由一涡轮的分子泵抽速300升∙S-1 N2由82立方米∙S-1罗茨泵的支持。该腔室通过直径为100毫米的挡板阀萃取。首先，在真空室壁对加热夹套进行两个小时的烘烤（约100摄氏度），该腔室将被提取约4小时。它可以实现在该室的压力是小于2times;10-4帕的基础上的静压力升压的方法，该腔室的总泄漏率为8.84times;10-6帕∙平方米∙-1 [5 ]。为了这个目的，三电容膜片压力表（CGG1，CGG2，CGG3，零压力大于4times;10-4帕以下）都在腔壁法兰接头，如图2。

3实验

3.1实验过程

在10- 100帕的范围内的压力的试验研究，有必要研究三个薄膜厚度的静态环境压力差。设置静态压力值，例如为20Pa，30Pa时，40 Pa时，为50Pa，60帕，70 Pa时，为80Pa，90 Pa时，CDGS100 Pa和记录的读数，以找出它们的区别。具体过程如下：首先，增加了腔室压力100帕通过排气阀。其次，仅在启动罗茨泵，在设定值时，停止抽真空的压力。最后，请等到这个读数是稳定的，记录数据。在上述实验系统中，控制其它实验因素，如严格的影响，保持在20℃plusmn;0.2℃的室内温度，并在50％plusmn;2％相对湿度的湿度，确保了实验中发生的条件下，在没有噪音和振动情况。为了排除特定的情况下，重复实验10次。

3.2 实验结果

实验数据得到处理错误的处理，并从这些结论进行比较。例如，在20帕，平均测得的数据而言，能够获得与CDG的剩余误差，分别。剩余误差在10次试验的平均值在20帕获得每CDG的平均残差表1中所示的其它压力的数据处理步骤为静压的条件为20Pa为相同，结果示于表表1表示CDGS的平均残差差，对于实施例中，1 - 2装置CDG1和CDG2，其他类似的在它们之间的差异。 CDGS的流体静压差于表2中示出腔室的静压力应该相等。表2显示，有CDGS之间的性能差异，所以测量结果是基于该压力差校正。

4计算的不确定性

4.1数学模型建立

CDG的压力测量的数学模型是从简单的关系表示。

P=Pu delta;Ps delta;Pt

其中，Pu(Pa)是测量仪器; delta;Ps值是仪器误差; delta;Pt是环境误差。

4.2不确定度评定

实验经验表明，影响CDG精确测量显著因素如测量重复性，装置和温度。不确定性特征分析，成分（mu;1）是标准型不确定性,组件的评估（mu;2，mu;3）是B型不确定性。

表1.不同的压力下CDG的平均剩余误差。

CDG 20/Pa 30/Pa 40/Pa 50/Pa 60/Pa 70/Pa 80/Pa 90/Pa 100/Pa
1 0.08 0.18 0.14 0.11 0.06 0.18 0.16 0.06 0.12
2 minus;0.05 minus;0.06 minus;0.05 minus;0.03 minus;0.03 minus;0.08 minus;0.06 minus;0.02 minus;0.06
3 minus;0.03 minus;0.12 minus;0.09 minus;0.08 minus;0.03 minus;0.10 minus;0.10 minus;0.04 minus;0.06

表2静压的压力差

TCDGS的差异 20/Pa 30/Pa 40/Pa 50/Pa 60/Pa 70/Pa 80/Pa 90/Pa 100/Pa
1 - 2 0.13 0.24 0.19 0.13 0.9 0.26 0.22 0.08 0.18
1 - 3 0.11 0.30 0.23 0.19 0.9 0.28 0.26 0.10 0.18
2 - 3 minus;0.02 0.06 0.03 0.06 0.00 0.02 0.04 0.02 0.00

4.2.1不确定度由重复性引起的组件（mu;1）

使用贝塞尔方法来计算一个度量标准偏差和结果列于表3中示出。CDG2的标准偏差是最小的三个在同一压力说明其稳定性最好。与此相反，在CDG1的稳定性是最差的。

平均标准差，也就是说，引起的不确定性的分量重复性，mu;1=。结果如表4。自由度

4.2.2不确定性的由设备引起的组件（mu;2）

根据仪器规格，CDGS指示误差（delta;）为0.2％的读数。示值误差设定压力在表5中。根据均匀分布的，不确定性的分量所造成误差的装置可以如下计算。

由于仪器的稳定性是可靠的，自由度=infin;

4.2.3不确定度由温度引起的组件（mu;3）

根据仪器的规格，CDGS误差0.0050％F.S/ ℃由于在室内温度20℃plusmn;0.2℃，误差delta;=0.0050％times;1333Pa/ ℃times;0.4℃= 0.027Pa是均匀分布的，引起的温度的不确定性的分量可以从简单的关系来计算。

由于仪器的稳定性是可靠的，自由度=infin;。

4.2.4组合不确定性

不确定度组成，例如，，是彼此独立的，也就是说，= 0。将合并的不确定性，结果如下（表6）。

表3单次测量标准偏差

CDG 20/Pa 30/Pa 40/Pa 50/Pa 60/Pa 70/Pa 80/Pa 90/Pa 100/Pa
1 0.016 0.014 0.029 0.012 0.016 0.010 0.011 0.009 0.011
2 0.009 0.013 0.013 0.011 0.016 0.009 0.009 0.009 0.007
3 0.017 0.010 0.018 0.010 0.009 0.013 0.010 0.013 0.012

表4 组分（mu;1）引起的重复性的不确定性

CDG 20/Pa 30/Pa 40/Pa 50/Pa 60/Pa 70/Pa 80/Pa 90/Pa 100/Pa
1 0.005 0.004 0.009 0.004 0.005 0.003 0.004 0.003 0.003
2 0.003 0.004 0.004 0.003 0.005 0.003 0.003 0.003 0.002
3 0.005 0.003 0.005 0.003 0.003 0.004 0.003 0.004 0.004

表5 引起的仪器误差的不确定性

20/Pa 30/Pa 40/Pa 50/Pa 60/Pa 70/Pa 80/Pa 90/Pa 100/Pa
delta; 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
mu;2 0.023 0.035 0.046 0.056 0.069 0.081 0.093 0.104 0.116

合成标准不确定度的自由度由下述公式计算。

表7中的大量数据可以解释不确定的评价较好。

4.2.5扩展不确定度

以置信概率P =0.95，从自由度表7中，检查t分布表[6]，（）=1.96，即，覆盖系数k=1.96压力测量的扩展不确定度表示于表8中。

4.2.6讨论与分析

结果表明，合并后的不确定性和CDGS的扩展不确定度在一定程度上被视为相等压力。相对于组分mu;2和mu;3，组分mu;1要小得多。也就是说，在实验误差中引起的可重复性为最小。在实验中采用的CDG是最准确的。测量真空压力在市场缺乏参考一个更精确的仪器，它是难以确定其中的规定，通过实验的准确度最高，但其稳定性可以通过标准来判断偏差。从本实验CDG的静水压力差了解，后续实验可以准确地测量内部腔室的两个点之间的压力差。

5结论

在后续实验中，当评估结果在CDG是用来测量腔室压力，测量不确定度是根据表6-8。测量结果是基于所述静水压力差和测量不确定度测量时的压力差校正。压力测量的不确定度评估可以在将来提供真空测量和参考真空室的两个点之间的测量压力差提供依据，可以为设计提供数据支持工艺参数。

表6合成标准不确定度的值

CDG 20/Pa 30/Pa 40/Pa 50/Pa 60/Pa 70/Pa 80/Pa 90/Pa 100/Pa
1 0.028 0.038 0.050 0.060 0.071 0.082 0.094 0.105 0.117
2 0.028 0.038 0.049 0.060 0.071 0.082 0.094 0.105 0.117
3 0.028 0.038 0.049 0.060 0.071 0.082 0.094 0.105 0.117

表7合成标准不确定度的自由程度

CDG 20 Pa 30 Pa 40 Pa 50 Pa 60 Pa 70 Pa 80 Pa 90 Pa 100 Pa
1 9200 57000 7600 560000 320000 4000000 4700000 16000000 14000000
2 90000 83000 170000 980000 370000 6800000 13000000 21000000 72000000
3 7400 160000 46000 1100000 3300000 1500000 8600000

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