真空检漏基本知识

真空检漏基本知识作者：dodoo时间：2011年1月27日第一部分检漏1．检漏的基本概念真空检漏检测真空系统的漏气部位及其大小的过程漏气/实漏气体通过系统上的漏孔或间隙从高压侧流到低压侧的现象虚漏相对实漏而言的一种物理现象。这种现象是由于材料放气、解吸、凝结气体的再蒸发、气体通过器壁的渗透及系统内死空间中气体的流出等原因引起真空系统中气体压力升高的现象气密性表征真空系统器壁防止气体渗透的性能，它包括通过漏孔(或间隙)的漏气和材质的渗气最小可检漏率指某种检漏方法能够检测出的漏率的最小值最佳灵敏度指检漏仪器或检漏方法在最佳条件下所能检测出的最小漏率。对于检漏仪器来讲，最佳灵敏度又称作仪器灵敏度检漏灵敏度指在具体条件下，某种检漏方法所能检测出的最小漏率。检漏灵敏度又称作有效灵敏度反应时间即从检漏方法开始实施(如开始喷吹示漏气体)到指示方法(如仪表)做出反应的时间消除时间即从检漏方法停止(如停止喷吹且开始抽出示漏气体)到指示方法的指示消失的时间漏率单位时间内流过漏孔(包括间隙)的气体量2．漏孔、漏率及其单位真空技术中所指的漏孔，由于尺寸微小、形状复杂、形式多样，无法用几何尺寸表示其大小。所以一般用等效流导或漏气速率(简称为漏率)表示漏孔的大小。用漏率表示漏孔大小时，如果不加特殊说明，则是指在漏孔入口压力为1.01×105Pa，出口压力低于1.33×103Pa，温度为296士3K的标准条件下，单位时间内流过漏孔的露点温度低于248K的空气的气体量。漏率的单位是帕斯卡×立方米／秒，记为Pam3／s。为了方便，有时用帕斯卡升／秒，记为PaL／s。3．最大容许漏率真空系统漏气是绝对的，不漏气是相对的在真空检漏技术中所指的“漏”是和最大容许漏率的概念联系在一起的。对于动态真空系统，只要其平衡压力能够达到所要求的真空度，这时即使存在着漏孔，也可以认为该系统的漏率是容许的，该情况下系统的漏率称为最大容许漏率。动态真空系统的最大容许漏率qLmax应满足：qLmax≤1/10PwS(1)；式中Pw----系统工作压力，S----系统的有效抽速；对于静态真空系统，要求在一定时间内，其压力维持在容许的压力以下，这时即使存在着漏孔，同样叮以认为该系统的漏率是容许的，该情况下系统的漏率称为最大容许漏率。如果要求在时间t内,容积为V的系统的压力由p升至pt，则其最大容许漏率qLmax应满足：qLmax≤(pt-p)V/t(2)各种真空设备的最大容许漏率可参考表1确定。同样的漏孔,如果通过的气体不同,漏率是不同的,对于较大的漏孔来说,对于不同种类的气体,同一漏孔的漏率一般与其粘滞系数成反比.4．漏孔的气流特性气体流经漏孔的过程是很复杂的，可能包含有粘滞流、过渡流及分子流三种流动状态。主导流动状态与漏孔的几何尺寸、气体的种类、漏孔两端的压力及环境温度有关。设环境温度T=296K，入口压力p2=1.01×105Pa，出口压力p1《p2，漏孔长L，直径d的均匀圆截面导管型漏孔，其对空气的漏率及可视流动状态见表2。第二部分检漏技术1．检漏方法的选择比较理想的检漏方法应满足下列要求：①合适的检漏灵敏度在具体的检漏条件下，所选择方法的检漏灵敏度，通常高于最大容许漏率1～2个数量级。②反应时间和清除时间短③不仅能找出漏孔的位臵，而且还能测定漏率找出漏孔位臵的方法有喷吹法和吸枪法。喷吹法适用于可抽空的被检件。高频火花检漏器法、真空计法、固定式卤素仪法和氦质谱仪法归于喷吹法。吸枪法适用于不允许抽空、放气量大、复杂管道等被检件。气泡法、荧光法，氨检漏法及吸枪式检漏仪法可归于吸枪法。测定漏率的方法是测量示漏物质的漏率变化或浓度变化量。根据条件可采用适当的方法。④品质优良的示漏物质示漏物质具有在空气中含量少，灵敏度高，不腐蚀、不污染被检件、抽气系统及检漏仪表，无毒、阻燃和防爆。⑤稳定性好、检漏范围宽③结构简单、操作维修方便，成本低由于上述要求有些是相互矛盾的，若想采用一种方法都能满足是不合实际的。所以只要根据具体情况能够满足其主要要求的检漏方法就是较为适宜的。实践证明，检漏人员的素质、工作经验也是选择检漏方法的重要依据之一。2．对检漏人员的要求①具有高度的责任心和认真的工作态度；②具有丰富的检漏实践经验；③具有一定的机械结构、物理、化学、材料及焊接等方面的知识；④了解被检件结构及其运行工艺，熟悉所用检漏方法或仪器原理及性能；⑤掌握所用示漏物质的检漏特性。例如，氦气轻，采用喷吹法检漏时，应遵守从上至下和从近至远的原则(即先从被检件上部顺序至下部和从靠近检漏仪顺序至远离的部位)；采用吸枪法检漏时，应遵守从下至上和从近至远的原则。但是，卤素气体重，除遵守从近至远的原则外，在喷吹法和吸枪法中，应分别遵守从下至上和从上至下的原则。检漏人员满足上述要求，就能解释和解决检漏工作中出现的形形色色的现象，较好地完成判别漏气、找出漏孔及测定漏率的检漏任务。3．检漏方法的分类真空检漏就是用适当的方法，迅速判断漏气、确定漏率是否在容许的范围之内，找出漏孔的位臵、测定漏率大小，以便进行修补。检漏方法很多，根据被检件所处的状态可分为充压检漏法、真空检漏法和其它检漏法。A、充压检漏法：在被检件内部充入一定压力的示漏物质，如果被检件上有漏孔，示漏物质便从漏孔漏出，用一定的方法或仪器在被检件外部检测出从漏孔漏出的示漏物质，从而判定漏孔的存在、位臵及漏率的大小，此即充压检漏法。图4充压检漏法检漏方法工作条件现象设备最小可检漏率(Pam3／s)备注水压法/漏水人眼10-3～100-4/压降法充3×105Pa空气压力下降压力计1×10-3/听音法同上咝咝声人耳5×10-3可用听诊器超声法同上超声波超声波检测器1×10-3/气泡法同上水中气泡人眼10-5～10-6/同上水中气泡人眼10-924h积累同上涂沫肥皂液发生皂泡人眼1×10-5/氮气检漏法充3×105Pa氨气溴代麝香草酚兰试带变色人眼10-7观测20s同上溴酚兰试纸变色人眼10-1124h积累充2.5×105Pa氨气复合涂料显色人眼10-81.5小时积累卤素检漏仪吸嘴法充卤素气体检漏仪读数变化伴有音响卤素检漏仪10-6～10-10可与空气混合充入放射性同位素气体法充放射性气体计数器信号变化闪烁计数器1×10-7/氦质谱检漏仪吸嘴法充氦气检漏仪读数变化伴有音响氦质谱检漏仪10-8～10-10/气敏半导体检漏仪法充气敏气体检漏仪读数变化气敏半导体检漏仪//B、真空检漏法：被检件和检漏器的敏感元件处于真空状态，在被检件的外部施加示漏物质，如果有漏孔，示漏物质就会通过漏孔进入被检件和敏感元件的空间，由敏感元件检测出示漏物质，从而可以判定漏孔的存在、位臵利漏率的大小，这就是真空检漏法。表5真空检漏法检漏方法工作压力[Pa]现象设备最小可检漏率[Pam3／s]静态升压法/抽真空后封闭，压力上升真空计10-5～10-6放电管法/放电颜色改变放电管10-3～10-4高频火花检漏器法103～10-1亮点，放电颜色改变高频火花检漏器10-3～10-4真空计法热传导真空计法103～10-1施用示漏物质真空计读数变化热偶或电阻真空计10-6电离真空计法10-2～10-6电离真空计10-9差动热传导真空计法103～10-1热传导真空计差动组合10-7差动电离真空计法10-2～10-6电离真空计差动组合10-10有吸附阱的热传导真空计法103～10-3液氮冷却活性炭阱，热传导计10-7有吸附阱的电离真空计法10-2～10-6液氮冷却硅胶阱，冷阴极电离计10-11～10-13氢钯法7×101～10-5氢气通过钯管进入真空规，读数变化钯管，电离计10-7～10-11离子泵检漏法10-5～10-7示漏物质使离子流变化离子泵10-9～10-12卤素检漏仪内探头法10～10-1输出仪表读数变化卤素检漏仪10-7～10-9氯质谱检漏仪法10-2输出仪表读数及声响频率变化氦质谱检漏仪10-12～10-14质谱计法射频质谱计法10-2～10-4施用示漏物质输出仪表读数变化射频质谱计10-6～10-11回旋质谱计法10-3～10-7回旋质谱计10-7～10-12四极滤质器10-1～10-4四极滤质器10-10～10-11C、其它检漏法：被检件既不充压也不抽真空，或其外部受压等方法归入其它检漏法。背压法就是其中主要方法之一。所谓“背压检漏法”是利用背压室先将示漏气体由漏孔充入被检件，然后在真空状态下使示漏气体再从被检件中漏出．以某种方法(或检漏仪)检测漏出的示漏气体，判定被检件的总漏率的方法。表6其它检漏法检漏方法工作条件现象设备灵敏度[Pam3／s]备注荧光法荧光材料，有机溶剂荧光材料发光紫外线光源10-9～10-11/放射性同位素背压法放射性气体，背压抽真空计数器输出信号背压室，闪烁计数器10-12背压数小时电子管慢性漏气的加速测定法背压室充氩气，电子管可为电离规仪表读数变化背压室，测量电路10-9～10-11背压数小时氦质谱检漏仪背压法背压室充氦气．抽真空仪表读数及声响频率变化背压室，氦质谱检漏仪//一些方法的灵敏度和检测漏率公式及注意事项列表7。表7V试件容积n气泡形成速率[个／min]η、ηa示漏气体和空气的粘滞系数dp压力增量T1-T2规管温差M，Ma示漏气体和空气的摩尔质量dt时间△N热传导真空计的读数变化p、pa示漏气体和大气压力d气泡直径△I电离真空计的读数变化S、Sa系统对示漏气体和空气的抽速G常数△pa真空计最小可读空气压力的变化量qL、qL，a-漏孔对示漏气体和空气的漏率Cv气体的热容qL,min灵敏度K、Ka规管对示漏气体和空气的灵敏度常数T环境温度pAr背压Ar气压力I10、I20时间t间隔所对应的离子流Ie发射电流Ma氢气摩尔质量t背压时间KAr电子管对氢气的电离规灵敏度常数各种示漏气体的值示于表8。真空计检漏法中示漏气体的灵敏度臵换系数φ和最小可读压力△Pa分别列于表9和表10。在用离子泵法检漏时，氧气和二氧化碳的R=-0.5，氦气和氢气的R=0.5表8各种示漏气体的（Cυ/√M）值气体(Cυ/√M),[J/(kg1/2.K)](Cυ/√M)-(Cυ/√M)a,[J/(kg1/2.K)]氩0.523×103-65氧0.92×103-6空气1.00×1030四氯化碳0.553×10347水2.01×10370丙酮1.45×103180乙醇1.68×103189乙醚1.93×103354氢1.42×104464表9灵敏度置换系数φ气体单一电阻计差动电阻计单一电离计差动电离计乙烷1.02.010.011.0乙醚0.71.75.46.4丙酮--3.54.5氯仿--3.54.5二氧化碳0.31.31.02.0四氯化碳0.051.01.02.0苯0.11.00.31.3氢0.40-0.40煤油0.2500.250汽油1.01.00.31.3表10最小可读压力△pa[1.33×10-1Pa]工作压力Pa[1.33×10-1Pa]单一电阻计差动电阻计单一电离计差动电离计104×10-25×10-3--14×10-21×10-3--10-11×10-31×10-32×10-31×10-410-21×10-31×10-32×10-41×10-510-31×10-31×10-32×10-51×10-64．标准漏孔标准漏孔是在一定条件下向真空系统内部提供已知气体流量的元件。一般要明确这个气流量（即漏率）的气体种类、温度、压力等条件。如果不特别指明，则指温度为296±3K、入口压力为1.01×105Pa、出口压力低于1.33×103Pa的干燥空气（其露点温度低于248K）的漏率。A、常用的标准漏孔玻璃毛细管型标准漏孔是用局部拉细的玻璃毛细管制成的，漏率为10-8~10-7Pam3/s。金属压扁型标准漏孔通常是用无氧铜或可伐管压制而成，漏率为10-8~10-6Pam3/s。玻璃铂丝型标准漏孔是利用玻璃与铂丝的不匹配封接制成的。当铂丝直径为0.1~0.5mm；封接长度为5~10mm时，漏率约为10-7Pam3/s。当温度改变时，其漏率变化。薄膜渗氦型标准漏孔是利用石英薄膜球泡的渗