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氦質譜檢漏儀檢漏原理
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氦質譜檢漏儀檢漏原理


氦質譜檢漏儀原理

一、為什麽要檢漏
泄漏和密封相對應
很多情況下,我們需要密封住一定的空間,防止氣體或液體在壓力的作用下,流進或流出這個空間。如真空設備(真空鍍膜機,液晶注入機,PVD,半導體外延等等),需要在真空條件下工作,要求在工作時,空氣不能漏進工作腔體,否則生產不能進行,或者產生次品,浪費人力物力。另外裝液體或氣體的容器(液壓氣瓶,氧氣瓶,空調冰箱中的雪種容器等等),要求在容器內外存在壓差的情況下,不能有氣體或液體漏出。如果有漏,後果嚴重,一般會造成有效物資的浪費,如有毒物資、腐蝕性氣體漏出,甚至會釀成事故。
這些對密封性有要求的產品或設備,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


可簡單理解為:單位時間內,單位體積容器,壓強的變化。下麵舉兩個例子,可以對漏率的大小有個直觀的認識。
例一、自行車胎有 4L 的容積,30 天內胎壓從 3 bar 降到 2 bar,則漏率可量化為:


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 年內,雪種泄漏了10 克(分子量 102 g/mol),大約是 2.24 bar•l, 則漏率可量化為:



 

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質譜儀來檢查了。下麵的內容是檢漏儀的相關介紹。
三、檢漏儀檢漏的原理
有兩種方式可以檢測出泄漏:
1. 示蹤氣體 A 放在容器裏麵,處於正壓,然後用儀器去檢測,容器周邊是否有氣體 A,如果容器外有氣體 A,則容器有漏。用這種方式能檢測出漏點,並能大概判斷泄漏的程度。這種檢漏方式叫 Sniffer 檢漏或正壓檢漏。
2. 示蹤氣體 A 噴在容器外麵,用儀器去檢測容器裏麵是否有氣體 A。這種方式能檢測出漏點,並能測知漏率。這種檢漏方式叫真空檢漏。

 


如何選擇檢漏方式,與檢測物件的工作環境有很大關係,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於正壓,則用正壓模式,如檢測物件工作時內部處於負壓,則用真空模式。
四、示蹤氣體的選擇
對示蹤氣體的要求:
1. 無害,不能對人體或環境造成傷害
2. 品質輕,惰性氣體, 能穿透微小細縫.
3. 化學性質穩定,不會起化學反應或易燃易爆
4. 最好是隻有在空氣中含量盡可能少的氣體,才能滿足檢漏靈敏度方麵的要求
一般檢漏都用氦氣(He)作為示蹤氣體,也有用氫氣(H2)作為示蹤氣體的。
Table 1 空氣中主要氣體的屬性


 
從上表中可以看到,氫和氦都是比較理想的示蹤氣體:空氣中的含量少,質量輕, 運動速度快,同等條件下,直線運動距離長。實際使用中,也相對比較容易獲取,可以大量使用。但氫氣在使用中有一定的安全問題,所以實際大部分檢漏使用的是氦氣。
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,是隻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:


質譜儀要想正常工作,需要真空環境。至少要在 10-3 mbar 以下,空氣的流動才體現為分子流,質譜儀才能穩定正常工作。所以檢漏儀中還有一套高真空係統。
氦質譜檢漏儀的真空係統圖

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