氦質(zhì)譜檢漏儀原理

一、為什么要檢漏
泄漏和密封相對(duì)應(yīng)
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(jìn)或流出這個(gè)空間。如真空設(shè)備（真空鍍膜機(jī)，液晶注入機(jī)，PVD，半導(dǎo)體外延等等），需要在真空條件下工作，要求在工作時(shí)，空氣不能漏進(jìn)工作腔體，否則生產(chǎn)不能進(jìn)行，或者產(chǎn)生次品，浪費(fèi)人力物力。另外裝液體或氣體的容器（液壓氣瓶，氧氣瓶，空調(diào)冰箱中的雪種容器等等），要求在容器內(nèi)外存在壓差的情況下，不能有氣體或液體漏出。如果有漏，后果嚴(yán)重，一般會(huì)造成有效物資的浪費(fèi)，如有毒物資、腐蝕性氣體漏出，甚至?xí)劤墒鹿省?br> 這些對(duì)密封性有要求的產(chǎn)品或設(shè)備，在投入使用前，就要先進(jìn)行檢漏，使用中也要定期進(jìn)行檢漏檢查。

二、泄漏程度的量化


可簡(jiǎn)單理解為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位體積容器，壓強(qiáng)的變化。下面舉兩個(gè)例子，可以對(duì)漏率的大小有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。
例一、自行車(chē)胎有 4L 的容積，30 天內(nèi)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?chē)?yán)重的，這個(gè)漏率是很高的，用我們常用的檢漏方式就能檢測(cè)到漏點(diǎn)：將車(chē)胎放入水中，有氣泡出來(lái)的地方就是漏點(diǎn)。
例二、冰箱 1 年內(nèi)，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(duì)冰箱來(lái)說(shuō)，是很?chē)?yán)重的，但這樣程度的漏率用普通方法根本無(wú)法檢出。這時(shí)就需要用到檢漏儀或質(zhì)譜儀來(lái)檢查了。下面的內(nèi)容是檢漏儀的相關(guān)介紹。
三、檢漏儀檢漏的原理
有兩種方式可以檢測(cè)出泄漏：
1. 示蹤氣體 A 放在容器里面，處于正壓，然后用儀器去檢測(cè)，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(cè)出漏點(diǎn)，并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 噴在容器外面，用儀器去檢測(cè)容器里面是否有氣體 A。這種方式能檢測(cè)出漏點(diǎn)，并能測(cè)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(cè)物件的工作環(huán)境有很大關(guān)系，盡量做到與檢測(cè)物件的工作狀態(tài)一致。如檢測(cè)物件工作時(shí)內(nèi)部處于正壓，則用正壓模式，如檢測(cè)物件工作時(shí)內(nèi)部處于負(fù)壓，則用真空模式。
四、示蹤氣體的選擇
對(duì)示蹤氣體的要求：
1. 無(wú)害，不能對(duì)人體或環(huán)境造成傷害
2. 品質(zhì)輕，惰性氣體, 能穿透微小細(xì)縫.
3. 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)起化學(xué)反應(yīng)或易燃易爆
4. 最好是只有在空氣中含量盡可能少的氣體，才能滿足檢漏靈敏度方面的要求
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?dú)怏w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(zhì)量輕, 運(yùn)動(dòng)速度快，同等條件下，直線運(yùn)動(dòng)距離長(zhǎng)。實(shí)際使用中，也相對(duì)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(wèn)題，所以實(shí)際大部分檢漏使用的是氦氣。
五、檢漏儀的構(gòu)造
氦質(zhì)譜檢漏儀實(shí)際上可以說(shuō)是一個(gè)檢氦儀，通過(guò)檢測(cè)氦氣的含量來(lái)確定是否有泄漏。而對(duì)氦的檢測(cè)則使用的是質(zhì)譜儀，是只檢測(cè)氦的專用質(zhì)譜儀，這種質(zhì)譜儀將其它質(zhì)量數(shù)的氣體都屏蔽掉了

質(zhì)譜示意圖如下圖：


質(zhì)譜儀要想正常工作，需要真空環(huán)境。至少要在 10-3 mbar 以下，空氣的流動(dòng)才體現(xiàn)為分子流，質(zhì)譜儀才能穩(wěn)定正常工作。所以檢漏儀中還有一套高真空系統(tǒng)。
氦質(zhì)譜檢漏儀的真空系統(tǒng)圖

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201206
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