pfeiffer 氦質譜測漏儀工作原理與結構和性能試驗方法
氦質譜測漏儀工作原理與結構和性能試驗方法
氦質譜測漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用於測漏的儀器，它具有性能穩定、靈敏度高的特點。是真空測漏技術中靈敏度最高，用得最普遍的測漏儀器。
氦質譜測漏儀方法在真空測漏技術領域裡已經得到廣泛的應用,這種方法的優點是:測漏靈敏度高,可以測漏到10-11Pam3/s 數量級,儀器回應快,氦分子在儀器高真空的環境中擴散的速度很高;所以氦質譜測漏儀在許多領域裡得到廣泛的應用,例如,在航空航太領域裡太空船、太空梭、火箭、衛星、飛機等這些都要用到真空測漏技術。在一般工業領域裡原子能、發電廠、配電站、合成氨的氮肥生產廠、汽車製造業、造船工業、製冷工業、冶金工業、輸氣管道、氣罐、油罐、鍋爐速食食品包裝等都離不開測漏問題,同樣在導彈武器裝備中也離不開測漏,導彈彈體、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測漏儀,本文主要真對氦質譜測漏儀原理及方法進行綜述。
氦質譜測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，廣泛地用於各種真空系統及零部件的測漏。雙級串聯磁偏轉型儀器與單級磁偏轉型儀器相比較，本底雜訊顯著減小．其靈敏度可達10-14～10-15Pam3/s，適用于超高真空系統、零部件及元器件的測漏。逆流氦質譜測漏儀改變了常規型儀器的結構佈局，被檢件置於測漏儀主抽泵的前級部位，因此具有可在高壓力下測漏、不用液氮及質譜室污染小等特點．適用於大漏率、真空衛生較差的真空系統的測漏，其靈敏度可達10-12Pam3/s。
(1)氦質譜測漏儀工作原理與結構
氦質譜測漏儀由離子源、分析器、收集器、冷陰極電離規組成的質譜室和抽氣系統及電氣部分等組成。
①單級磁偏轉型氦質譜測漏儀
現以HZJ—l型儀器為例．介紹單級磁偏轉型氦質譜測漏儀。
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；第一級放大靜電計管和冷陰極電離規。
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。並在加速電壓作用下以一定的速度經過加速極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，形成離子流並由放大器放大。使其由輸出表和音響指示反映出來；而不同於氦質荷比的離子束[(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雙級串聯磁偏轉型氦質譜測漏儀
由於兩次分析，減少了非氦離子到達收集器的機率。並且，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，雖然可以通過第一個分析器，但是，經第二次加速進入第二個分析器後，由於其動量與氦離子的不同而被分離出來。由於二次分離，儀器本底及本底雜訊顯著地減小，提高了儀器靈敏度。
③逆流氦質譜測漏儀
該類儀器是根據油擴散泵或分子泵的壓縮比與氣體種類有關的原理製成的。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。測漏時，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，並由儀器的輸出指示示出漏氣訊號。這就是逆流氦質譜測漏儀的工作原理。
(2) 氦質譜測漏儀性能試驗方法
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測漏儀的主要性能指標。
①靈敏度及其校準
氦質譜測漏儀靈敏度，通常指儀器的最小可測漏率。記為qL.min，即在儀器處於最佳工作條件下，以一個大氣壓的純氦氣為示漏氣體，進行動態測漏時所能檢測出的最小漏孔漏率。所謂“最佳工作條件”是指儀器參數調整到最佳值，被檢件出氣少且沒有大漏孔等條件。所謂“動態測漏”是指測漏儀器本身的抽氣系統仍在正常抽氣。儀器的反應時間不大於3s。所謂“最小可檢”是指測漏訊號為儀器本底雜訊的兩倍時，才能認定有漏氣訊號輸出。所謂“漏孔漏率”是指一個大氣壓的乾燥空氣通過漏孔漏向真空側的漏氣速率。儀器本底雜訊，一般指在2min內輸出儀錶的最大波動量。
如果測漏時用輔助系統抽氣(即對示漏氦氣有分流)。或用累積法測漏時，給出儀器最小可檢氦濃度(即濃度靈敏度)。記為γmin，能較方便地估計測漏效果。
濃度靈敏度校準系統中應用一流量計測出通過針閥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流閥完全開啟，本底訊號為零(或補償到零)時，由恒定的氦流量使輸儀錶訊號上升到最大值的(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錶訊號穩定到最大值後，停止送氦，其訊號下降到最大值的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徵儀器性能的重要參數。利用測漏儀的真空規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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