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氦質譜檢漏儀工作原理與結構和性能試驗方法

氦質譜檢漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用于檢漏的儀器，它具有性能穩(wěn)定、靈敏度高的特點。是真空檢漏技術中靈敏度，用得的檢漏儀器。

氦質譜檢漏儀方法在真空檢漏技術領域里已經(jīng)得到廣泛的應用,這種方法的優(yōu)點是:檢漏靈敏度高,可以檢漏到10-11Pam3/s 數(shù)量級,儀器響應快,氦分子在儀器高真空的環(huán)境中擴散的速度很高;所以氦質譜檢漏儀在許多領域里得到廣泛的應用,例如,在航空航天領域里宇宙飛船、航天飛機、火箭、衛(wèi)星、飛機等這些都要用到真空檢漏技術。在一般工業(yè)領域里原子能、發(fā)電廠、配電站、合成氨的氮肥生產(chǎn)廠、汽車制造業(yè)、造船工業(yè)、制冷工業(yè)、冶金工業(yè)、輸氣管道、氣罐、油罐、鍋爐快餐食品包裝等都離不開檢漏問題,同樣在裝備中也離不開檢漏,彈體、燃料儲備罐、燃料運輸管道、彈頭、特殊部件的密封性都要用到氦質譜檢漏儀,本文主要真對氦質譜檢漏儀原理及方法進行綜述。


氦質譜檢漏儀是磁偏轉型的質譜分析計。單級磁偏轉型儀器靈敏度為10-9～10-12Pam3/s，廣泛地用于各種真空系統(tǒng)及零部件的檢漏。其靈敏度可達10-14～10-15Pam3/s，適用于超高真空系統(tǒng)、零部件及元器件的檢漏。逆流氦質譜檢漏儀改變了常規(guī)型儀器的結構布局，被檢件置于檢漏儀主抽泵的前級部位，因此具有可在高壓力下檢漏、不用液氮及質譜室污染小等特點．適用于大漏率、真空衛(wèi)生較差的真空系統(tǒng)的檢漏，其靈敏度可達10-12Pam3/s。

(1)氦質譜檢漏儀工作原理與結構
氦質譜檢漏儀由離子源、分析器、收集器、冷陰極電離規(guī)組成的質譜室和抽氣系統(tǒng)及電氣部分等組成。

①單級磁偏轉型氦質譜檢漏儀
現(xiàn)以HZJ—l型儀器為例．介紹單級磁偏轉型氦質譜檢漏儀。
在質譜室內有：由燈絲、離化室、離子加速極組成離子源；由外加均勻磁場、擋板及出口縫隙組成分析器；由抑制柵、收集極及高阻組成收集器；級放大靜電計管和冷陰極電離規(guī)。

在離化室N內，氣體電離成正離子，在電場作用下離子聚焦成束。并在加速電壓作用下以一定的速度經(jīng)過加速極S1的縫隙進入分析器。在均勻磁場的作用下，具有一定速度的離子將按圓形軌跡運動，其偏轉半徑可計算。

可見，當B和U為定值時，不同質荷比me-1的離子束的偏轉半徑R不同。儀器的B和R是固定的，調節(jié)加速電壓U使氦離子束恰好通過出口縫隙S2，到達收集器D，形成離子流并由放大器放大。使其由輸出表和音響指示反映出來；而不同于氦質荷比的離子束[(me-1)1(me-1)3]因其偏轉半徑與儀器的R值不同無法通過出口縫隙S2 ，所以被分離出來。 (me-1)2=4，即He+的質荷比，除He+之外，C卅很少，可忽略。

②雙級串聯(lián)磁偏轉型氦質譜檢漏儀
由于兩次分析，減少了非氦離子到達收集器的機率。并且，如在兩個分析器的中間，即中間縫隙S2與鄰近的擋板間設置加速電場，使離子在進入第二個分析器前再次被加速。那些與氦離子動量相同的非氦離子，雖然可以通過個分析器，但是，經(jīng)第二次加速進入第二個分析器后，由于其動量與氦離子的不同而被分離出來。由于二次分離，儀器本底及本底噪聲顯著地減小，提高了儀器靈敏度。

③逆流氦質譜檢漏儀
該類儀器是根據(jù)油擴散泵或分子泵的壓縮比與氣體種類有關的原理制成的。例如，多級油擴散泵對氦氣的壓縮比為102；對空氣中其它成分的壓縮比為lO4～106。檢漏時，通過被檢件上漏孔進入主抽泵前級部位的氦氣，仍有部分返流到質譜室中去，并由儀器的輸出指示示出漏氣訊號。這就是逆流氦質譜檢漏儀的工作原理。



(2) 氦質譜檢漏儀性能試驗方法
靈敏度、反應時間、清除時間、工作真空度、極限真空度及儀器入口處抽速是評價氦質譜檢漏儀的主要性能指標。

①靈敏度及其校準

氦質譜檢漏儀靈敏度，通常指儀器的最小可檢漏率。記為qL.min，即在儀器處于工作條件下，以一個大氣壓的純氦氣為示漏氣體，進行動態(tài)檢漏時所能檢測出的最小漏孔漏率。所謂“工作條件”是指儀器參數(shù)調整到值，被檢件出氣少且沒有大漏孔等條件。所謂“動態(tài)檢漏”是指檢漏儀器本身的抽氣系統(tǒng)仍在正常抽氣。儀器的反應時間不大于3s。所謂“最小可檢”是指檢漏訊號為儀器本底噪聲的兩倍時，才能認定有漏氣訊號輸出。所謂“漏孔漏率”是指一個大氣壓的干燥空氣通過漏孔漏向真空側的漏氣速率。儀器本底噪聲，一般指在2min內輸出儀表的波動量。
如果檢漏時用輔助系統(tǒng)抽氣(即對示漏氦氣有分流)。或用累積法檢漏時，給出儀器最小可檢氦濃度(即濃度靈敏度)。記為γmin，能較方便地估計檢漏效果。

濃度靈敏度校準系統(tǒng)中應用量計測出通過針閥2進入儀器的空氣流率qL.o，則儀器濃度靈敏度。


②反應時間、清除時間及其測定
反應時間是指儀器節(jié)流閥*開啟，本底訊號為零(或補償?shù)搅?時，由恒定的氦流量使輸儀表訊號上升到值的(1-e-1)倍(即O. 63)所需要的時間，記為τR。
清除時間是指輸出儀表訊號穩(wěn)定到值后，停止送氦，其訊號下降到值的e-1倍(即O.37)所需要的時間，記為τC。

③工作真空、極限真空及入口處抽速
質譜室極限真空，尤其是工作真空及入口處抽速是表征儀器性能的重要參數(shù)。利用檢漏儀的真空規(guī)可以測定儀器的極限真空和工作真空。利用流量計可測定儀器入口處抽速。



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