基于氦质谱检漏仪下的检漏技术研究.docx

基于氦质谱检漏仪下的检漏技术研究摘要本文介绍氦质谱法真空箱检漏技术的原理以及在工业产品泄漏检测的实际应用效果同时提出了提高检测限的方法途径。【关键词】氦质谱检漏仪真空箱漏率值氦质谱检漏仪主要是运用磁质谱理论和逆扩散理论及质谱分析方法用氦气作为探索气体制成的检测仪器。灯丝加热发射出来的电子经过加速在电离室内与残余气体分子和经被检件漏孔逆扩散到电离室的氦气相互碰撞使其电离成正离子这些离子在加速电场作用下进入磁场由于洛伦兹力作用产生偏转形成圆弧形轨道其旋转半径R=144/B×10-4（U×M/Z）1/2式中：R――离子偏转轨道半径（cm）B――磁场强度（T）U――离子加速电压（V）M/Z――离子的质荷比（离子的质量与电荷的比值）由上式可知当R、B为固定值时改变加速电压可使不同质量的离子通过磁场和接收缝到达接收极而被检测。被检测的气体是固定的（He气）即质荷比M/Z是已知的因此只要调整好加速电压使He离子能通过接收缝到达接收电极而使其他离子不被接收接收电极接收到的He离子流经过放大后用于指示漏率。其他离子被全离子检测极接收经校准后用于指示质谱管内总压强以便对灯丝实施保护。由于能按工况条件检漏检测灵敏度高氦气对被检工件无污染p易清除等优点氦质谱法真空箱检漏技术已广泛用于有密封要求的工业产品及其零部件的检漏。本文介绍该项技术的原理与应用讨论影响检测极限的因素给出改进方法。1工作原理工作原理如图1所示：将待检漏工件放入真空箱内工件与氦气源管道密封连接盖上箱盖开阀V1对真空箱抽真空若在预先设定的时间内达不到规定的真空度则视为有大漏系统报大漏更换工件。若能抽到预先设定真空值开阀V2对工件抽真空当工件和真空箱都到指定压力后检漏仪会自动启动然后关闭V1和V2打开V5对工件充入氦气（此值可设定）对工件进行泄漏检测。当工件有泄漏时工件内的氦气就通过漏孔泄漏到真空箱内从而被连接在真空箱上的检漏仪检测到。整个检测过程是全自动的系统最终自动判断工件是否合格并显示漏率值。微漏检测完成后根据用户需要系统可以自动进入回收程序。回收完成后系统关闭V1、V2、V3和V5并暂停检漏仪同时打开V6V4对真空箱和工件破空放气将工件取下结束本次检漏如图1所示。2漏率报警值的计算此时显示的是在某个充气压力下的氦气漏率需将其转换还原到工件实际工作状态下（工况）工作液的漏率以判断是否在合格产品允许的范围内。2.1将液体漏率换算成汽漏率根据阿伏加德罗定律在标准状态下（PO=1.01325×105Pa温度TO=273K）1克分子M（mol）任何物质均占有体积VM=22.41383升。故室温T下液体年泄漏率Q（g/y）对应的汽漏率例如家用电冰箱20-30年使用寿命允许制冷剂R22（分子量86.5）1克/年泄漏率按上式可计算出QV=8.94×10-7Pa.m3/s。2.2转换为充氦检漏时的对氦气的漏率假定在常压或正压下漏孔泄漏的气流特性为粘滞流流量与漏孔两端的压力平方差成正比与流过物质的粘度系数成反比则氦气的漏率2.3如果是液体（非汽）直接自工件的漏孔泄漏则可先将其转换为该漏孔对空气的漏率3典型应用表1所列是我公司这些年在真空箱检漏技术上应用的典型案例可以看出该项技术对容积相差很多的大小工件均适用。4讨论目前的真空箱检漏技术已能满足绝大多数工业产品的密封性检测要求做些改进还可以进一步提高检测极限检出更微小的漏。因为在关闭V1阀后有漏工件泄漏的氦p真空箱内壁和工件外表释放气体中的氦（本底）都在上升微小的泄漏氦往往被淹没在本底中。提高检测极限就是在预设的检测时间龋增高氦分压减低放气本底即提高信噪比。所以实际的检测系统在关闭主抽泵阀门V1后真空箱还须连接一个与检漏仪沟通的低抽速泵（维持泵）使氦本底不至上升过快。此时真空箱内工件泄漏氦气的分压PHe=（qHe/S）[1-exp（-S/V）t]式中qHe是工件的氦气漏率S是维持泵对真空箱的抽速V是工件与真空箱之间的容积时间常数τ=V/S决定氦分压上升的速度而趋于稳定的最终氦分压为qHe/S。（1）保持内壁和工件外表的清洁和干燥是减小本底的有效办法。水是真空的大敌水分子的极性吸附使其难排除会延长抽空时间降低检漏节拍。（2）减小容积V加大抽速S即减小时间常数赶在放气本底坐大之前尽快建立起稳定的高于本底的氦分压。加大抽速S会减低氦分压（qHe/S）减小容积V则是纯利故