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氦質譜檢漏儀检漏原理
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氦質譜檢漏儀检漏原理


氦質譜檢漏儀原理

一、爲什麽要檢漏
泄漏和密封相對應
很多情况下,我们需要密封住一定的空间,防止气体或液体在压力的作用下,流进或流出这个空间。如真空设备(真空鍍膜機,液晶注入机,PVD,半导体外延等等),需要在真空条件下工作,要求在工作时,空气不能漏进工作腔体,否则生产不能进行,或者产生次品,浪费人力物力。另外装液体或气体的容器(液压气瓶,氧气瓶,空调冰箱中的雪种容器等等),要求在容器内外存在压差的情况下,不能有气体或液体漏出。如果有漏,后果严重,一般会造成有效物资的浪费,如有毒物资、腐蚀性气体漏出,甚至会酿成事故。
這些對密封性有要求的産品或設備,在投入使用前,就要先進行檢漏,使用中也要定期進行檢漏檢查。

二、泄漏程度的量化


可簡單理解爲:單位時間內,單位體積容器,壓強的變化。下面舉兩個例子,可以對漏率的大小有個直觀的認識。
例一、自行车胎有 4L 的容积,30 天内胎压从 3 bar 降到 2 bar,则漏率可量化为:


這種程度的泄漏是很嚴重的,這個漏率是很高的,用我們常用的檢漏方式就能檢測到漏點:將車胎放入水中,有氣泡出來的地方就是漏點。
例二、冰箱 1 年内,雪种泄漏了10 克(分子量 102 g/mol),大约是 2.24 bar•l, 则漏率可量化为:



 

這種程度的泄漏對冰箱來說,是很嚴重的,但這樣程度的漏率用普通方法根本無法檢出。這時就需要用到檢漏儀或质谱仪来检查了。下面的内容是檢漏儀的相关介绍。
三、檢漏儀檢漏的原理
有兩種方式可以檢測出泄漏:
1. 示踪气体 A 放在容器里面,处于正压,然后用仪器去检测,容器周边是否有气体 A,如果容器外有气体 A,则容器有漏。用这种方式能检测出漏点,并能大概判断泄漏的程度。这种检漏方式叫 Sniffer 检漏或正压检漏。
2. 示踪气体 A 喷在容器外面,用仪器去检测容器里面是否有气体 A。这种方式能检测出漏点,并能测知漏率。这种检漏方式叫真空检漏。

 


如何選擇檢漏方式,與檢測物件的工作環境有很大關系,盡量做到與檢測物件的工作狀態一致。如檢測物件工作時內部處于正壓,則用正壓模式,如檢測物件工作時內部處于負壓,則用真空模式。
四、示蹤氣體的選擇
對示蹤氣體的要求:
1. 无害,不能对人体或环境造成伤害
2. 品质轻,惰性气体, 能穿透微小细缝.
3. 化学性质稳定,不会起化学反应或易燃易爆
4. 最好是只有在空气中含量尽可能少的气体,才能满足检漏灵敏度方面的要求
一般檢漏都用氦氣(He)作爲示蹤氣體,也有用氫氣(H2)作爲示蹤氣體的。
Table 1 空气中主要气体的属性


 
从上表中可以看到,氢和氦都是比较理想的示踪气体:空气中的含量少,质量轻, 运动速度快,同等条件下,直线运动距离长。实际使用中,也相对比较容易获取,可以大量使用。但氢气在使用中有一定的安全问题,所以实际大部分检漏使用的是氦气。
五、檢漏儀的構造
氦質譜檢漏儀實際上可以說是一個檢氦儀,通過檢測氦氣的含量來確定是否有泄漏。而對氦的檢測則使用的是質譜儀,是只檢測氦的專用質譜儀,這種質譜儀將其它質量數的氣體都屏蔽掉了

質譜示意圖如下圖:


质谱仪要想正常工作,需要真空环境。至少要在 10-3 mbar 以下,空气的流动才体现为分子流,质谱仪才能稳定正常工作。所以檢漏儀中还有一套高真空系统。
氦質譜檢漏儀的真空系統圖

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