氦质谱检漏仪的检漏方法

氦检漏技术的应用1.检漏仪的应用2.通常在检漏时容易遇到的问题3.漏率的计算，定义和单位4.检漏的方法5.氦检漏仪的检漏方式6.检漏时间8.氦质谱检漏仪的内部构造9.氦气污染10.自动校准11.氦质谱检漏仪的选择12.检漏前的准备和检漏的注意事项13.Alcatel氦质谱检漏仪1.检漏仪的应用之后，检漏变得越发重要，尤其：为了防止系统内介质漏到系统外（污染环境）或系统外介质漏到系统内（影响系统操作）；用于检测一些不紧固的元器件检漏仪的应用其它容器航天发动机天线腔食品包装行业汽车行业安全气袋罐和管道空调减震器前灯散热器车轮传感器钟表行业飞机制造行业液压元件回旋装置机翼导弹医药行业起搏器导管输血管药物包装半导体行业流量计集成电路气体管道显示电子和电力行业灯泡灯管变压器断路开关核技术元器件物理研究所粒子加速器检漏仪的应用通常在检漏时容易遇到的问题氦质谱检漏仪的检漏方法检漏仪中的高真空泵检漏仪早期甚至有用到扩散泵作为高真空泵，但是缺点非常明显：1.油的返流造成污染（要加Trap）2.油加热装置的不稳定容易造成泄露率显示的不确定采用分子泵则有点明显：1.无油，非常洁净的真空2.稳定的转速，非常利于在所能检测的最低值附近来确定泄露率的大小氦质谱检漏仪的检漏方法检漏时常遇到的问题被测件He检漏仪辅助泵被测件He检漏仪高真空泵罗茨泵前级泵究竟应该把检漏仪安装在哪个位置？？？氦质谱检漏仪的检漏方法检漏时常遇到的问题漏率的计算，定义和单位时间体积流量=压力时间体积流量x=›流量体现的是在单位时间下流体分子数的多少›对于液体而言：•流量=液体泵的抽速›而对于气体而言：•流量=泵的抽速x压力流量的定义•所以，在10bar下一升气体与在1bar下10升气体所含的气体分子数是相同的10升10bar=1barAIR1升流量的定义我们的肺就象一台泵:S=4l/s泵的抽速是4l/s当我们在海平面高度下跑步:丝毫没有任何问题但是当我们在海拔很高的山上跑步时:我们就觉得呼吸不过来了虽然泵的抽速并没有发生变化:4l/s,但是在山上的压力要比海平面的压力要低很多所以，吸氧量（流量）自然就大不相同了流量的定义F=PaxSaF=PbxSbF=PcxScc流量2101PaPbPc在每一个截面上，气体的流量都是相同的流量的定义Qpv=135xd4/Lx(Po2-Pi2)/2漏率的计算虽然确切的计算泄漏量很难，但是可以用以下公式进行初步的估算（层流，20摄氏度空气）：其中，d-漏点的直径，L-漏点的长度，Po-高压端压力，Pi-低压端压力针对于一个体积(V)不变的容器,单位时间(Δt)内压力的变化量(ΔP)与该容器体积(V)的乘积就是泄漏量：Qleak=VxΔP/Δt因此，泄漏量的单位通常用mbarl/s（也可用Pam3/s,atmcc/s或Torrl/s）漏率的定义和单位真空系统中漏气流量的平衡表示式如下:P=(Qo+∑Qi)/S+PoP-----系统达到的压力Po—真空泵的极限压力S-----真空系统的有效抽速Qo---由系统外部流向系统内部的总漏率∑Qi—虚漏所形成的总漏率(如材料表面出气等)漏率的定义和单位真空系统中漏气/虚漏与抽气之间的平衡例如:假设对于一个体积为10升的容器，压力在80秒内的变化为2mbar，那么漏率Q=2mbarx1liters=0.25mbar.l/s.80seconds看!一个气泡!漏率的定义和单位›漏率其实反映的是在一定时间内从泄漏的气体分子的数量.mbar.liter/second25.000.000.000.000.000.000个空气分子/秒*例如:假设漏率为1mbar.l/sec(20°C的空气)每秒将会有2.5*1019个空气分子逃逸!!!压力=1mbar时间压力=1000mbar漏率的定义和单位mbar.l/s?漏率的不同单位漏率反映的是气体的流量,例如在某一个特定压力下(Pa,atm,mbar,torr)的体积流量(m3/s,cc/s,l/s)10-9mbar.l/s=10-9atm.cc/s=10-8Pa.m3/s=7,5.10-8torr.l/satm.cc/s?Pa.m3/s?Torr.l/s?漏率的定义和单位10-1010-1110-910-810-710-610-510-410-310-12研究所粒子加速器核聚变电子行业薄膜技术集成电路医药行业起搏器飞机制造业导弹航天泵回旋装置电力行业灯泡断路器航空Airplanetanks汽车行业气囊减震器过滤器压缩机钟表行业食品包装工业应用制冷冰箱空调漏率mbar.l/s(氦气)不同应用对漏率的要求因此，检漏的目的在于将泄漏降低到一个可以接受的，不影响系统正常运行的程度！检漏的目的检漏的方法检漏的方式被测件内部压力1000mbar被测件内部压力1000mbar正压:对被测件内部打压FLOWAirTestpartpressurizedwithtestgas真空:对被测件抽真空FLOWTestpartvacuuminsideAir/testgas不同的检漏方法将打压后的被测件浸在水槽里，气泡可以反映漏率的大小被测件气泡法检漏水泡法，最多可测到10-4mbar.l/s;检漏完毕需要干燥;且被测件很大的话就更困难！也可以采取肥皂泡法，通常在5分钟内出现1mm半径的肥皂泡，其漏率约为10-5mbarl/s被测件压缩空气或抽真空将被测件加正压或抽真空到一定的压力，然后关闭阀门，通过真空计观察单位时间内的压力变化压降法检漏打正压的压降法可以检测到1mbarl/s以上的漏率而采用抽真空的压降法可以作为对漏率大小的评估，但是，该方法评估的不仅是泄漏，也包括释气。而且，如果漏率较小时（10-4mbarl/s），在粗真空下观察压降会消耗很长时间，但在中真空下观察又会受释气的影响！•假设一个瓶子的体积为1升•该瓶子的初始压力为4bar•用压降法观察压力下降到3bar时所用时间•假设漏率为10-7mb.l/s压力从4bar下降到3bar需要大约317年的时间！！压降法检漏气体检测法检漏氨气检漏法卤素检漏仪氦质谱检漏仪（最为常用和普遍）泄漏!质谱仪可以根据m/e=4的原则捕捉到被电离的氦气分子，从而获得漏率的大小He氦质谱检漏仪He气流氦质谱检漏仪检漏氦气不能燃烧化学性质不活泼无毒价格不昂贵很轻等等气体分子小为什么要选择氦气作为被测气体漏率,单位atm.cc3/second10-1010-910-810-610-510-410-210-110+110+210-710+0气泡法检漏压降法检漏氦质谱检漏仪检漏10-3«Industrial»leaks«big»leaks10-3«small»leaks10-7部分检漏法可检漏率比较被测件HeHeASM142将被测件抽真空用喷枪对被测件表面喷氦检测进入被测件的氦流量主要的优点非常高的灵敏度比较便宜逐步区域检漏：喷氦式检漏被测件He对被测件内部进行充氦用吸枪在被测件表面缓慢移动，采样逃逸的氦气主要的优点可以很好的检到漏点位置，且易于操作不需要将被测件抽真空He逐步区域检漏：吸枪式检漏HeASM142被测件He将被测件充氦，然后放置于一个与检漏仪相连的真空腔内主要的优点非常高的灵敏度可以连接辅助泵，从而提高生产量总漏率检测：真空法检漏He被测件HeASM142将被测件充氦，然后放置于一个与吸枪探头相连的累积腔内主要的优点总漏率检测，可靠相对而言成本较低总漏率检测：吸枪式累积检漏He第一步:将被测件放置于一个充氦的腔内第二步:将被测件放于通风处（去除表面累积的氦，以防影响之后的检测精度第三步:将被测件放置于一个与吸枪探头相连的腔内主要的优点总漏率检测相对而言，成本较低123总漏率检测：背压式检漏不同检漏法的灵敏度比较被测件HeHeASM142ASM142被测件HeHe与吸枪法相比，喷枪式或真空法检漏的灵敏度更高，因为在大气中还含有5ppm的氦气氦检漏仪灵敏度在我国用最小可检漏率来表示:最小可检漏率的定义是指在满足如下条件下-----(1)仪器处于最佳工作条件下(指:被检件出气很小;无较大漏孔;仪器参数调至最佳状态)(2)以1atm的纯氦作为示漏气体(3)动态检漏时所能检出的最小漏孔的漏率(指:检漏时不用累积法;仪器本身的真空系统仍在抽气;仪器反应时间小于1秒).*氦检漏仪灵敏度的概念低灵敏度一个容积为1升的自行车轮胎如果在24小时内气就漏光的话漏率为3,5.10-2mbar.l/s=每秒有3个半径2mm的气泡*氦检漏仪的灵敏度高灵敏度一个含30g气体的打火机,全部的气体漏光则需要5百万年,漏率为1.10-11mbar.l/s*氦检漏仪的灵敏度被测件直接与检漏仪连接.检漏仪和辅助泵并联.将检漏仪连接在分子泵的排气口.优点:•到达可以检漏的压力所需时间(+)•灵敏度(++)•响应时间(+)•恢复时间(+)优点:•到达可以检漏的压力所需时间(++)•灵敏度(+)•响应时间(++)•恢复时间(++)优点:•到达可以检漏的压力所需时间(++)•灵敏度(+)•响应时间(++)•恢复时间(++)*不同检漏仪连接方式的优点检漏时间P2P1logSV2.3t10air=P1P2压力Timet:秒V:升S:升/秒P1:初始压力P2:最终压力(测试压力)这个公式可以计算要达到检漏仪测试压力所需要的最基本的时间.抽气时间的计算HeSV2.3t=时间氦信号被测件He检漏仪当氦气进入被测件后，检漏仪并不是立即就能够捕捉到信号的！t:秒V:被测件（包括管道）的体积SHe:检漏仪的氦抽速捕捉到氦信号的所需要的响应时间t=V/SHe63%的氦信号t=3V/SHe95%的氦信号90%的氦信号时间氦信号被测件He检漏仪当不再有氦气进入被测件，氦信号也并不是立即就会消失的t:秒V:升（被测件体积）SHe:检漏仪的氦抽速F1:初始氦显示F2:最终氦显示(背景)tF2F1logSV2.3t10He=F1F2氦信号消失所需要的响应时间被测件He检漏仪辅助泵通常，缩短响应时间的方法就是增大抽速:1/增加一台辅助泵2/选择更大氦抽速的检漏仪缩短响应时间的方法增加辅助泵会造成氦气的分流t(90%)=2.3V/(SHLD+Saux)QHLD=QleakxSHLD/(SHLD+Saux)其中，SHLD-检漏仪抽速，Saux-辅助泵抽速，QHLD-检漏仪显示漏率，Qleak-实际漏率氦质谱检漏仪的内部构造QHe=PHexSHe检漏仪进气口泄露造成的氦气流量PHe:真空计测得的氦气分压力SHe:检漏仪的氦抽速氦质谱检漏仪的核心部件:是一个检测氦气分压力的真空计:该真空计也称为质谱仪或分析仪.氦气流量的测量是一种间接的方式氦质谱检漏仪的工作原理重离子靶用于测量总压Filament电离腔输出信号和氦气的分压力成正比通过永久磁场控制离子和电子不逃逸加速度电压放电电流氦离子靶放大器质谱仪的工作原理He质谱仪分子泵前级泵细检模式阀门粗抽阀门进气口皮拉尼真空计分子泵排气口吸枪校准放气阀氦质谱检漏仪的运行原理氦气污染如果大量的氦气进入到检漏仪中，探测器有可能遭到污染，从而氦气本底就会比通常情况要高因此，清除检漏仪中的氦气相当重要.但是，一般要怎么做呢?等待氦气被泵抽走用氮气或是用空气进行吹扫通过使用检漏仪上的“防止污染”功能避免大量氦气进入检漏仪；使用此功能后，当氦气信号太高时，就会自动停止测试。什么是氦气污染？我应该选择哪一种检漏仪呢？›初抽的能力:(m3/h)›检测允许的最大进气口压力:(mbar)›进入检测模式所需要的时间:(s)›氦抽速:(l/s)›灵敏度,最低可测的氦信号:(mbar.l/s)›响应时间:(s)›恢复时间:(s)氦检漏仪的性能衡量主要是通过以下参数:氦检漏仪的性能›将决定进入检测模式所需要的时间检测允许的最大进气口压力:氦检漏仪的性能进入检测模式所需要的时间:是由初抽能力和检测允许的最大压力共同决定的:例1:检测允许的最大压力=10mbar初抽能力=10m3/h进入检测模式（粗检）所需要的时间=4.6秒例2:检测允许