氦质谱检漏仪检漏原理
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氦质谱检漏仪检漏原理


氦质谱检漏仪原理

一、为什么要检漏
泄漏和密封相对应
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(真空镀膜机,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。
这些对密封性有要求的产品或设备,在投入使用前,就要先进行检漏,使用中也要定期进行检漏检查。

二、泄漏程度的量化


可简单理解为:单位时间内,单位体积容器,压强的变化。下面举两个例子,可以对漏率的大小有个直观的认识。
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:


这种程度的泄漏是很严重的,这个漏率是很高的,用我们常用的检漏方式就能检测到漏点:将车胎放入水中,有气泡出来的地方就是漏点。
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:



 

这种程度的泄漏对冰箱来说,是很严重的,但这样程度的漏率用普通方法根本无法检出。这时就需要用到检漏仪或质谱仪来检查了。下面的内容是检漏仪的相关介绍。
三、检漏仪检漏的原理
有两种方式可以检测出泄漏:
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。

 


如何选择检漏方式,与检测物件的工作环境有很大关系,尽量做到与检测物件的工作状态一致。如检测物件工作时内部处于正压,则用正压模式,如检测物件工作时内部处于负压,则用真空模式。
四、示踪气体的选择
对示踪气体的要求:
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
一般检漏都用氦气(He)作为示踪气体,也有用氢气(H2)作为示踪气体的。
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、检漏仪的构造
氦质谱检漏仪实际上可以说是一个检氦仪,通过检测氦气的含量来确定是否有泄漏。而对氦的检测则使用的是质谱仪,是只检测氦的专用质谱仪,这种质谱仪将其它质量数的气体都屏蔽掉了

质谱示意图如下图:


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。所以检漏仪中还有一套高真空系统。
氦质谱检漏仪的真空系统图

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