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2021-06-18
氦質(zhì)譜檢漏儀的基本原理與結(jié)構(gòu)
隨著科技的迅猛發(fā)展，氦質(zhì)譜檢儀及其應(yīng)用技術(shù)也在不斷發(fā)展和究善。各國(guó)的設(shè)備廠商相繼推出了多種類烈的氦質(zhì)譜檢涮儀，廣泛應(yīng)用丁航空航天，電力電子，汽車(chē)等各個(gè)行業(yè)，綜觀較新氦質(zhì)譜檢漏儀的性能特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，氦質(zhì)譜檢漏儀正向著高靈敏度、自動(dòng)化、寬程、等先進(jìn)方向發(fā)展，這些特點(diǎn)很好地滿足了當(dāng)前檢漏應(yīng)用的需求，也極大的推動(dòng)了氮質(zhì)譜檢漏技術(shù)的不斷發(fā)展。氦質(zhì)譜檢漏儀的基本原理與結(jié)構(gòu)氦質(zhì)譜檢漏儀一般由質(zhì)譜管，真空系統(tǒng)和電子系統(tǒng)組成。氦質(zhì)譜檢漏儀熱管檢漏熱管熱管(HeatPipe)是利用熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。其中質(zhì)譜管包括離子源，質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器; 真空系統(tǒng)一般由分子泵、機(jī)械泵、電磁閥和真空計(jì)組成。離子源的作用是將原子電離成帶電離子并聚焦成束，以一定能量注入質(zhì)分析器，
目前常用的電子轟擊型離子源有尼爾型和震蕩型兩種形式。質(zhì)分析器的作用起將各類離子按其質(zhì)荷比的不同實(shí)現(xiàn)分離。
離子檢測(cè)器的作用是手機(jī)質(zhì)量分析器所選定的氦離子流并加以放大，再通過(guò)比對(duì)運(yùn)算，得出泄漏率
真空系統(tǒng)的作用是獲取質(zhì)譜過(guò)程所需的真空，同時(shí)完成被檢件的抽空和氦氣的引入。真空系統(tǒng)一般由分子泵、機(jī)械泵、電磁閥和真空計(jì)組成組成。按照真空系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，檢漏儀分為常規(guī)系統(tǒng)和逆擴(kuò)散兩種。常規(guī)系統(tǒng)多用于早期的氦質(zhì)譜檢漏儀，該種檢漏儀的被檢件與高真空部分直接相通，由被檢件泄入的氮?dú)馐紫鹊竭_(dá)質(zhì)譜管被檢到，因而具有較高的靈敏度，但是會(huì)對(duì)質(zhì)譜管有污染。05Pa以下），適合檢大型容器或有大漏的器件，也適合吸槍檢漏。逆擴(kuò)散系統(tǒng)檢漏儀與常規(guī)系統(tǒng)相比，被檢件只與低真空相通，因此只需將被檢工件抽至低真空就能進(jìn)行檢漏，氦氣是逆擴(kuò)散到質(zhì)譜管，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)有污染，因此被廣泛采用，已成為市場(chǎng)的主流的產(chǎn)品。
機(jī)械泵的工作方式不一樣，分為干泵檢漏儀和油泵檢漏儀，油泵工作會(huì)有油霧排出，污染工作環(huán)境，干泵沒(méi)有油霧排出對(duì)工作環(huán)境沒(méi)有影響。在半導(dǎo)體潔凈車(chē)間都是使用干泵檢漏儀。
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氦質(zhì)譜檢漏儀的檢漏方式有那些
氦質(zhì)譜檢漏儀的檢漏方式通常有兩種，一種為常規(guī)檢漏，另一種為逆擴(kuò)散檢漏。
逆擴(kuò)散檢漏是把被檢件接在分子泵出氣口一端，漏入的氦氣由分子泵出氣口逆著泵的排氣方向進(jìn)入安裝在泵的進(jìn)氣口端的質(zhì)譜管內(nèi)而被檢測(cè)。氦質(zhì)譜檢漏儀是根據(jù)質(zhì)譜學(xué)原理，用氦氣作示漏氣體制成的氣密性檢測(cè)儀器。這一檢漏方式是基于分子泵對(duì)不同質(zhì)量的氣體具有不同壓縮比（氣體在分子泵出氣口壓強(qiáng)與進(jìn)氣口壓強(qiáng)之比）即利用不同氣體的逆擴(kuò)散程度不同程度而設(shè)計(jì)的。
氦質(zhì)譜檢漏儀逆擴(kuò)散原理
逆擴(kuò)散方式檢漏允許被檢件內(nèi)壓強(qiáng)較高，氦質(zhì)譜檢漏儀可達(dá)1000Pa（一般常規(guī)檢漏儀為0.05Pa以下），適合檢大型容器或有大漏的器件，也適合吸槍檢漏。逆擴(kuò)散方式還具有質(zhì)譜管不易受污染，燈絲壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
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用氦氣作為氦質(zhì)譜檢漏氣體的原因
選擇示漏氣體(示蹤氣體）的原則是：它在空氣中及真空系統(tǒng)中的含量低；檢漏儀對(duì)示漏氣體的靈敏度高；它不會(huì)對(duì)人員、環(huán)境、被檢件及檢漏儀造成污染、傷害和安全隱患；價(jià)格低。
質(zhì)譜檢漏儀通常選擇氦氣作示蹤氣體，主要原因如下：
1、氦在空氣中及真空系統(tǒng)殘余氣體中的含量極1少（在空氣中約含5.2ppm），在材料出氣中也很少，因此本底壓力小，輸出的本底電流也小。正因?yàn)楸镜仔?，由某些原因引起本底的波?dòng)，亦即本底噪聲也就小，因此微小漏率也就能反應(yīng)出來(lái)，靈敏度高。
2、氦的質(zhì)量小（相對(duì)分子質(zhì)量為4），易于穿過(guò)漏孔。這樣，氦較除氫以外的其他氣體通過(guò)同一漏孔的漏率就大，容易發(fā)現(xiàn)，靈敏度高。
3、氦是惰性氣體，不與被檢件器壁起化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)污染被檢件，使用安全。
4、在氦兩側(cè)的是氫（質(zhì)荷比為2）和雙電荷原子碳（質(zhì)荷比為6），質(zhì)荷比都與氦相差較大。筆者測(cè)算，在測(cè)試到數(shù)量級(jí)為10-9Pa?m3/s的微漏漏點(diǎn)時(shí)，清除時(shí)間約須1分鐘。這樣，它們?cè)诜治銎髦械钠D(zhuǎn)半徑相差也大，容易分開(kāi)，定標(biāo)找氦峰時(shí)，不易受其他離子的干擾，因此就降低了對(duì)分析器制造精度的要求，易于加工。同時(shí)，分析器出口電極及離子源加速極的隙縫也可以加大，使更多的氦離子通過(guò)，提高了儀器靈敏度。
5、氦在被檢件及真空系統(tǒng)中不易被吸附。這樣檢出一個(gè)漏孔可以使氦信號(hào)迅速消失以便繼續(xù)進(jìn)行檢漏，提高了儀器的檢漏效率。
6.氫氣有些性能（如質(zhì)量小、易通過(guò)漏孔）比氦還好，然而由于氫一方面有易1爆危險(xiǎn)，另一方面在油擴(kuò)散泵中，由于油受熱裂解會(huì)產(chǎn)生大量的碳和氫，使氫本底極高且波動(dòng)大，以致靈敏度大大降低，所以很少采用。
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氦質(zhì)譜檢漏儀的應(yīng)用拓展
氦質(zhì)譜檢漏儀的應(yīng)用已從科學(xué)院、大專院校、實(shí)驗(yàn)室及少數(shù)科研機(jī)構(gòu)走向工礦企業(yè)，甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、個(gè)體企業(yè)，可以說(shuō)應(yīng)用領(lǐng)域極其寬廣。
航空航天高科技工業(yè)
1）例如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及姿態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，過(guò)去是打壓刷肥皂水檢漏，現(xiàn)在重新改進(jìn)工藝用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏，采用正壓吸槍與氦罩法結(jié)合，使檢漏靈敏度大大提高，從而保證了發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。正壓法的缺點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度較低，檢測(cè)結(jié)果不確定度大，受測(cè)量環(huán)境條件影響大。火箭箭體的檢漏采用正壓吸槍、氦罩法、累集法等幾種方法的結(jié)合。由于檢漏技術(shù)的應(yīng)用，提高了檢漏靈敏度，彌補(bǔ)了吸入法檢漏時(shí)儀器靈敏度低的不足。
2）KM6空間環(huán)模裝置設(shè)備龐大，主真空室直徑12m、高22m，另外有輔助真空室和載人艙等。按照收集氦氣方式的不同，又可以將正壓法分為正壓吸槍法和正壓累積法。容積3500m3，分系統(tǒng)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種接口焊縫相加有幾千米長(zhǎng)，采用氦質(zhì)譜檢漏儀負(fù)壓檢漏，每條焊縫由檢漏盒密封，配以鋪助抽氣系統(tǒng)將盒內(nèi)抽低真空后，充入一定壓力氦氣，關(guān)閉預(yù)抽閥，開(kāi)啟檢漏閥。由于盒內(nèi)氦濃度較高，相對(duì)檢漏儀又有一定壓力，因此有效提高了檢漏靈敏度。
3）航天工業(yè)中，衛(wèi)1星、各類閥門(mén)、電子元器件，傳感器等等都在廣泛應(yīng)用氦質(zhì)譜檢漏儀及其檢漏技術(shù)。
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