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2021-06-18
氦氣檢漏儀
氦氣檢漏儀是氦質(zhì)譜檢漏儀((Helium Mass Spectrometer Leak Detector)的俗稱，運(yùn)用質(zhì)譜原理制成的儀器稱為質(zhì)譜計(jì)或質(zhì)譜儀。氦質(zhì)譜檢漏儀主要由質(zhì)譜室、真空系統(tǒng)組件和電子學(xué)控制元件三大部分組成。質(zhì)譜儀通過其核心部件質(zhì)譜室，使不同質(zhì)量的氣體變成離子并在某種場中運(yùn)動(dòng)后，不同質(zhì)荷比的離子在場中彼此分開，而相同質(zhì)荷比的離子在場中匯聚在一起，如果在適當(dāng)位置安置接收1器接收所有這些離子，就會(huì)得到按照質(zhì)荷比大小依次分開排列的質(zhì)譜圖，這就是質(zhì)譜。
用于檢漏的質(zhì)譜儀稱為質(zhì)譜檢漏儀。測量氣體分壓力的所有質(zhì)譜計(jì)，如四極質(zhì)譜計(jì)、射頻質(zhì)譜計(jì)、飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)等都可以用于檢漏。
專門設(shè)計(jì)的以氦氣作示蹤氣體進(jìn)行檢漏的質(zhì)譜儀稱為氦質(zhì)譜檢漏儀。這種儀器除靈敏度高外，還具有適應(yīng)范圍廣、定位定量準(zhǔn)確、無毒、安全、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。氦質(zhì)譜檢漏儀中用得較多的是90°和180°的磁偏轉(zhuǎn)型質(zhì)譜儀。
眾所周知，當(dāng)一個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)（正離子）以速度v進(jìn)入均勻磁場的分析器中，如果速度v的方向和磁場H的方向相垂直，則它的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓，如圖1所示。當(dāng)磁場的磁通密度一定時(shí)，不同質(zhì)荷比（m/e）的離子在磁場中都有相應(yīng)的運(yùn)輸半徑，也就是都有相應(yīng)的圓軌跡，這樣，不同質(zhì)荷比的帶電粒子在磁場分析器中運(yùn)動(dòng)后就會(huì)彼此分開。在示值誤差測量中，每一標(biāo)準(zhǔn)漏孔用氦質(zhì)譜檢漏儀重復(fù)測量三次，可用公式(2)計(jì)算氦質(zhì)譜檢漏儀在該漏率下的重復(fù)性。如果在離大運(yùn)動(dòng)的路徑中安置一塊檔板將其他離子檔掉，而在對應(yīng)的氦離子運(yùn)動(dòng)半徑位置的檔板上開一狹縫，狹縫后安置離子接收極，這樣的只有氦離子才能通過狹縫而被接收極接收形成氦離子流，并經(jīng)放大器放大后由測量儀表指示出來。檢漏時(shí)，如果用氦氣噴吹漏孔，氦氣便通過漏孔進(jìn)入檢漏儀的質(zhì)譜室中，使檢漏儀的測量儀表立即靈敏地反應(yīng)出來，達(dá)到了檢漏的目的。
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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。5MPa壓力，如果鋼瓶有漏（鋼瓶自身的焊縫，閥門處）的話，尤其是小漏時(shí)，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)很大的隱患，所以在出廠前，生產(chǎn)商要做嚴(yán)格的檢漏工序，用以避免在運(yùn)輸或存放時(shí)的泄露隱患。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。其中質(zhì)譜管包括離子源，質(zhì)量分析器和離子檢測器; 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，再通過比對運(yùn)算，得出泄漏率
真空系統(tǒng)的作用是獲取質(zhì)譜過程所需的真空，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。當(dāng)在清潔、純凈空氣中報(bào)警或不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)更換探頭，具體探頭步驟是如下：（1）確認(rèn)本儀器處于關(guān)閉狀態(tài)（2）逆時(shí)針旋下舊探頭（3）順時(shí)針旋上包裝箱中提供的備用探頭。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)對質(zhì)譜管有污染。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)對系統(tǒng)有污染，因此被廣泛采用，已成為市場的主流的產(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，干泵沒有油霧排出對工作環(huán)境沒有影響。在半導(dǎo)體潔凈車間都是使用干泵檢漏儀。
氦質(zhì)譜檢漏儀熱管檢漏
熱管
熱管 (Heat Pipe) 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)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。測試方法，使用氦質(zhì)譜檢漏儀的正壓法，先將滅火器內(nèi)沖入氦氣，然后放在密閉腔體內(nèi)，腔體與氦質(zhì)譜檢漏儀相連，工作時(shí)先將腔體內(nèi)抽真空，到達(dá)一定的真空度后開始檢漏，測試漏率在10-5mbar。熱管技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、各類電器等設(shè)備散熱，常見的形狀有圓管狀，板塊狀 (VC 單體) 等。
熱管需要檢漏原因：
熱管內(nèi)部填充特殊液體用來增強(qiáng)熱傳導(dǎo)性能，如果熱管本身存在漏點(diǎn)，首先會(huì)影響熱管的導(dǎo)熱性能；其次由于熱管都是安裝在設(shè)備內(nèi)部，如果發(fā)生泄漏，里面封裝的液體就會(huì)流出，嚴(yán)重污染和影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以熱管生產(chǎn)企業(yè)，都會(huì)采用 氦質(zhì)譜檢漏儀對熱管進(jìn)行檢漏。真空法氦質(zhì)譜檢漏采用真空法檢漏時(shí)，需要利用輔助真空泵或檢漏儀對被檢產(chǎn)品內(nèi)部密封室抽真空，采用氦罩或噴吹的方法在被檢產(chǎn)品外表面施氦氣，當(dāng)被檢產(chǎn)品表面有漏孔時(shí)，氦氣就會(huì)通過漏孔進(jìn)入被檢產(chǎn)品內(nèi)部，再進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品泄漏量測量。
熱管檢漏客戶案例：某電子股份公司，是世界 IT 產(chǎn)業(yè) 500 強(qiáng)之一，分公司及營業(yè)處遍及美國、日本、歐洲、蘇格蘭、新加坡等地，全球員工近 90000人。該企業(yè)是全球較大的電源供應(yīng)器制造商，市場占有率達(dá) 25% 以上。
熱管檢漏方法：
該企業(yè)熱管出廠前標(biāo)準(zhǔn)漏率合格線是 E-8 mbarl/s，使用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏時(shí)，設(shè)定 E-8 為報(bào)警值，當(dāng)漏率低于該值時(shí)產(chǎn)品是合格的，當(dāng)漏率高于此值，檢漏儀發(fā)出聲光警報(bào)，說明產(chǎn)品有漏。
熱管采用檢漏儀的真空檢漏模式，因?yàn)楫a(chǎn)品沒有抽真空的標(biāo)準(zhǔn)接口，上海伯東根據(jù)客戶實(shí)際情況定制真空夾具，一頭連接檢漏儀，一頭連接產(chǎn)品，具體做法如下：
1.啟動(dòng)氦質(zhì)譜檢漏儀，裝上夾具
2.將熱管插入夾具，并用真空封泥封堵
3.按下檢漏儀啟動(dòng)鍵，開始抽真空
4.在產(chǎn)品周圍噴氦氣，以 E-8 mbarl/s 為合格線
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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；檢漏儀對示漏氣體的靈敏度高；它不會(huì)對人員、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，靈敏度高。
2、氦的質(zhì)量小（相對分子質(zhì)量為4），易于穿過漏孔。這樣，氦較除氫以外的其他氣體通過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。這樣，它們在分析器中的偏轉(zhuǎn)半徑相差也大，容易分開，定標(biāo)找氦峰時(shí)，不易受其他離子的干擾，因此就降低了對分析器制造精度的要求，易于加工。（3）其它據(jù)日本有關(guān)文章介紹，日本汽車制造業(yè)，已有30多種零部件在使用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏，解決密封問題。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，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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