培訓系列 質(zhì)譜原理與真空檢漏

1、經(jīng)作者授權，版權所有歸東北大學真空與流體工程研究中心與原作者共有。未經(jīng)本中心及原著者同意，任何人或任何單位不得私自拷貝、刻錄、傳播、轉載本講義，或用于商業(yè)用途。東北大學第七期真空技術培訓班經(jīng)作者授權，版權所有歸東北大學真空與流體工程研究中心與原作者共有。未經(jīng)本中心及原著者同意，任何人或任何單位不得私自拷貝、刻錄、傳播、轉載本講義，或用于商業(yè)用途。質(zhì)譜原理與質(zhì)譜原理與真空檢漏真空檢漏主講人：東北大學主講人：東北大學 劉玉岱劉玉岱 教授教授Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China真空

2、技術真空技術o一. 真空技術概況 （楊乃恒）o二. 真空工程理論基礎 （張世偉）o三. 真空系統(tǒng)組成與設計基礎 （劉坤）o四. 干式真空泵原理與技術基礎 （巴德純）o五. 真空獲得設備原理與技術基礎 （張以忱）o六. 真空鍍膜技術基礎 （張以忱）o七. 真空測量技術基礎 （劉玉岱）o八. 質(zhì)譜原理與真空檢漏 （劉玉岱）o九. 真空冶金技術基礎 （王曉冬）o十. 真空設備選型的方法與實踐 （徐成海）東北大學第七期東北大學第七期培訓系列之培訓系列之Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chi

3、nao1 1 檢漏概述檢漏概述o2 2 檢漏方法檢漏方法o3 3 檢漏儀檢漏儀Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, ChinaVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 理想的真空室應永遠保持它同抽氣真空系統(tǒng)理想的真空室應永遠保持它同抽氣真空系統(tǒng)斷開時的真空度斷開時的真空度( (壓力壓力) )。而實際上，任何真空室。而實際上，任何真空室在離開抽氣系統(tǒng)之后，其壓力總要上升。壓

4、力的在離開抽氣系統(tǒng)之后，其壓力總要上升。壓力的升高是由于漏孔的漏氣、室壁表面放氣和通過室升高是由于漏孔的漏氣、室壁表面放氣和通過室壁材料滲透進入的氣體產(chǎn)生的。壁材料滲透進入的氣體產(chǎn)生的。o 從物理過程來看，真空系統(tǒng)就是在一面抽氣從物理過程來看，真空系統(tǒng)就是在一面抽氣一面漏氣的條件下工作的，兩者最后達到動態(tài)平一面漏氣的條件下工作的，兩者最后達到動態(tài)平衡。因此，要想得到較低的極限壓力，應盡量提衡。因此，要想得到較低的極限壓力，應盡量提高有效抽速，并降低漏氣率。在有效抽速高有效抽速，并降低漏氣率。在有效抽速定時，定時，降低漏氣率就成為關鍵的了。降低漏氣率就成為關鍵的了。Vacuum and Flui

5、d Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 真空系統(tǒng)和真空容器的漏氣，是由各種各樣微小真空系統(tǒng)和真空容器的漏氣，是由各種各樣微小漏隙造成的。金屬系統(tǒng)多發(fā)生在焊縫、可拆卸部位和漏隙造成的。金屬系統(tǒng)多發(fā)生在焊縫、可拆卸部位和材料缺陷之處（如鑄件和板材的氣孔、裂縫和夾渣材料缺陷之處（如鑄件和板材的氣孔、裂縫和夾渣等）；電真空器件的漏孔多發(fā)生在金屬等）；電真空器件的漏孔多發(fā)生在金屬- -玻璃封接、玻璃封接、金屬金屬- -陶瓷封接處。總之，漏氣之處是用肉眼看不出陶瓷封接處。總之，漏氣之處是用肉眼看不出來的、微小的，必須

6、用一定檢漏方法或用一定的檢漏來的、微小的，必須用一定檢漏方法或用一定的檢漏儀器才能找出。儀器才能找出。o 需要指出的是，任何真空系統(tǒng)，即使在設計、加需要指出的是，任何真空系統(tǒng)，即使在設計、加工和安裝都非常滿意，也不可能作到絕對不漏氣。嚴工和安裝都非常滿意，也不可能作到絕對不漏氣。嚴格地講，漏氣是絕對的，而不漏氣則是相對的，絕對格地講，漏氣是絕對的，而不漏氣則是相對的，絕對不漏氣是不存在的。我們通常所說的不漏氣是不存在的。我們通常所說的“不漏氣不漏氣”，一，一般是指系統(tǒng)上存在的漏孔的漏率遠小于允許的漏率或般是指系統(tǒng)上存在的漏孔的漏率遠小于允許的漏率或檢漏儀的最高靈敏度而言。檢漏儀的最高靈敏度而言

7、。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 檢漏的任務是：用適當方法迅速判斷漏氣是否為檢漏的任務是：用適當方法迅速判斷漏氣是否為主要矛盾；確定漏率，以便確定它是否在允許的范圍主要矛盾；確定漏率，以便確定它是否在允許的范圍內(nèi)；選擇合適的檢漏方法并找出漏孔的確切位置，以內(nèi)；選擇合適的檢漏方法并找出漏孔的確切位置，以便進行修補。便進行修補。o 應當指出，只有當系統(tǒng)上所有漏孔的總漏率超應當指出，只有當系統(tǒng)上所有漏孔的總漏率超出允許的漏率值時，才進行漏孔的定位工作。系統(tǒng)上出允許的漏率值時

8、，才進行漏孔的定位工作。系統(tǒng)上雖有漏孔，但其總漏率在允許值之內(nèi)時，一般便不必雖有漏孔，但其總漏率在允許值之內(nèi)時，一般便不必對漏孔進行定位。然而在個別情況下，除了規(guī)定總漏對漏孔進行定位。然而在個別情況下，除了規(guī)定總漏率不得超過允許值之外，還規(guī)定單個漏孔的漏率不得率不得超過允許值之外，還規(guī)定單個漏孔的漏率不得超過某一特定值。只要某一漏孔的漏率超出了該特定超過某一特定值。只要某一漏孔的漏率超出了該特定值，就必須將這一漏孔找出并加以修補。值，就必須將這一漏孔找出并加以修補。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern Univ

9、ersity, China o 實際的真空系統(tǒng)，如果實際的真空系統(tǒng)，如果抽不到預定的極限真空，抽不到預定的極限真空，這里面原因有三：泵工作這里面原因有三：泵工作不良，即有效抽速不夠；不良，即有效抽速不夠；放氣以及漏氣。必須首先放氣以及漏氣。必須首先排除前兩個原因，才能去排除前兩個原因，才能去找漏孔。找漏孔。o 通常以靜態(tài)升壓法來找出哪種因素起主導作用。即通常以靜態(tài)升壓法來找出哪種因素起主導作用。即把容器抽到一定壓力后，將閥門關閉，讓容器與泵隔開，把容器抽到一定壓力后，將閥門關閉，讓容器與泵隔開，然后測量容器中的壓力變化，給出壓力然后測量容器中的壓力變化，給出壓力時間曲線。由時間曲線。由于容器的

10、漏氣與出氣情況不一樣，所以曲線也不一樣，于容器的漏氣與出氣情況不一樣，所以曲線也不一樣，如上圖所示。如上圖所示。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o(1)(1)直線直線a a，壓力保持不變，說明既不漏氣也不放氣。容器，壓力保持不變，說明既不漏氣也不放氣。容器真空度抽不上去的原因是泵工作不良造成的。真空度抽不上去的原因是泵工作不良造成的。o(2)(2)曲線曲線b b，壓力開始上升較快，而后上升速度慚漸減慢呈，壓力開始上升較快，而后上升速度慚漸減慢呈現(xiàn)水平態(tài)。這說明主要是放氣

11、，因為不論是蒸氣源的放氣現(xiàn)水平態(tài)。這說明主要是放氣，因為不論是蒸氣源的放氣或材料放氣，在達到一定的壓力后都有飽和的趨勢。如果或材料放氣，在達到一定的壓力后都有飽和的趨勢。如果是蒸汽，最后達到其飽和蒸汽壓。是蒸汽，最后達到其飽和蒸汽壓。o(3)(3)斜線斜線c c，壓力直線上升，這說明是漏氣。漏氣率正比于，壓力直線上升，這說明是漏氣。漏氣率正比于內(nèi)外壓力差。外部是大氣壓，內(nèi)部壓力很低，后者與前者內(nèi)外壓力差。外部是大氣壓，內(nèi)部壓力很低，后者與前者相比可忽略不計故漏氣率就正比于大氣壓，是一常數(shù)，相比可忽略不計故漏氣率就正比于大氣壓，是一常數(shù)，壓力呈直線上升。壓力呈直線上升。o(4)(4)曲線曲線d

12、d，壓力開始上升很快后來變得較慢，但不出現(xiàn)，壓力開始上升很快后來變得較慢，但不出現(xiàn)飽和跡象。這是曲線飽和跡象。這是曲線b b和曲線和曲線c c的疊加，即同時存在放氣和的疊加，即同時存在放氣和漏氣。曲線漏氣。曲線d d的前部分由于放氣作用使之呈曲線；而后部的前部分由于放氣作用使之呈曲線；而后部分僅由于漏氣作用分僅由于漏氣作用( (此時放氣已達飽和此時放氣已達飽和) )，所以呈直線。，所以呈直線。o在判定確實有漏氣之后就可著手找漏孔的位置。在判定確實有漏氣之后就可著手找漏孔的位置。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeaster

13、n University, China o 真空技術中所指的漏孔是極其微小的。漏孔截面形真空技術中所指的漏孔是極其微小的。漏孔截面形狀不規(guī)則，漏氣路徑也各式各樣。漏孔的大小是不可能狀不規(guī)則，漏氣路徑也各式各樣。漏孔的大小是不可能也沒有必要以漏孔的幾何尺寸表示，因為漏孔的最本質(zhì)也沒有必要以漏孔的幾何尺寸表示，因為漏孔的最本質(zhì)屬性就是漏氣，即在壓力差作用下，有氣體通過它流動。屬性就是漏氣，即在壓力差作用下，有氣體通過它流動。所以，真空技術中用漏孔漏率表示漏孔的大小。所以，真空技術中用漏孔漏率表示漏孔的大小。o 漏孔漏率定義：露點低于漏孔漏率定義：露點低于2525的空氣，入口壓力的空氣，入口壓力為標

14、準大氣壓（為標準大氣壓（10105 55 510103 3PaPa），出口壓力低于），出口壓力低于10103 3 Pa Pa，溫度為溫度為23233 3 時，空氣通過漏孔的流量為漏孔漏率。時，空氣通過漏孔的流量為漏孔漏率。o 漏孔漏率量綱與流量相同，單位為漏孔漏率量綱與流量相同，單位為PamPam3 3s s-1-1。o 實際上，我們所使用的真空系統(tǒng)大多數(shù)是滿足或接實際上，我們所使用的真空系統(tǒng)大多數(shù)是滿足或接近漏孔漏率定義所規(guī)定的條件。如果不滿足上述條件近漏孔漏率定義所規(guī)定的條件。如果不滿足上述條件( (如：環(huán)境溫度變化、壓差不是標準大氣壓或使用空氣如：環(huán)境溫度變化、壓差不是標準大氣壓或使用空

15、氣以外的氣體以外的氣體) )時就必須對漏率加以修正。時就必須對漏率加以修正。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o 出于漏孔很微小，漏孔兩端的壓差很大，氣出于漏孔很微小，漏孔兩端的壓差很大，氣體通過漏孔的過程是很復雜的，其中包括粘滯流、體通過漏孔的過程是很復雜的，其中包括粘滯流、過渡流和分子流三種流動狀態(tài)。為了使問題簡化，過渡流和分子流三種流動狀態(tài)。為了使問題簡化，可以假定漏孔為一圓截面的毛細管。其流導可用可以假定漏孔為一圓截面的毛細管。其流導可用克努曾半經(jīng)驗公式進行計算。

16、克努曾半經(jīng)驗公式克努曾半經(jīng)驗公式進行計算。克努曾半經(jīng)驗公式不適用湍流，卻適用于粘滯流、過渡流和分子流，不適用湍流，卻適用于粘滯流、過渡流和分子流，但要求壓差不能太大。而漏孔兩端壓差太大，所但要求壓差不能太大。而漏孔兩端壓差太大，所以克努曾公式不能直接應用，故在圓截面漏孔中以克努曾公式不能直接應用，故在圓截面漏孔中取一微長度元取一微長度元L L，其兩端壓差為，其兩端壓差為p p， 這樣就這樣就滿足了上述條件，并令漏孔長為滿足了上述條件，并令漏孔長為1cm1cm，經(jīng)分析可，經(jīng)分析可得到如下結論：得到如下結論：Vacuum and Fluid Engineering Research Center

17、of Northeastern University, China o 當當q qL L1010-6-6 Pam Pam3 3s s-1-1時，此時主要是粘滯流。時，此時主要是粘滯流。o 當當q qL L1010-9-9 Pam Pam3 3s s-1-1時，其流動主要是分子流。時，其流動主要是分子流。o 不同種類氣體通過漏孔漏率也不相同。如同不同種類氣體通過漏孔漏率也不相同。如同一漏孔的氦漏率與空氣漏率的比值，在粘滯流狀一漏孔的氦漏率與空氣漏率的比值，在粘滯流狀態(tài)下為態(tài)下為o q qL LHeHe/ /q qLairLairairair/ /HeHe0.930.93o 在分子流狀態(tài)下為在分子

18、流狀態(tài)下為o q qL LHeHe/ /q qLairLair( (M Mairair/ /M MHeHe) )2.72.7o 可見用氦氣檢漏時，只是對分子流漏孔才會可見用氦氣檢漏時，只是對分子流漏孔才會有好處。有好處。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o 要求裝置或真空系統(tǒng)絕對不漏氣不僅是不可要求裝置或真空系統(tǒng)絕對不漏氣不僅是不可能的，而且也是不合理的。只要漏孔漏率足夠小，能的，而且也是不合理的。只要漏孔漏率足夠小，即漏入的氣體量無害于真空裝置或真空系統(tǒng)的正即漏入的氣體

19、量無害于真空裝置或真空系統(tǒng)的正常工作，就是允許的。這里存在一個最大允許漏常工作，就是允許的。這里存在一個最大允許漏率問題，這個值是由設計人員經(jīng)過周密考慮和計率問題，這個值是由設計人員經(jīng)過周密考慮和計算提出來的。真空裝置或系統(tǒng)正常工作允許的最算提出來的。真空裝置或系統(tǒng)正常工作允許的最大漏氣率，稱為最大允許漏率，簡稱允許漏率，大漏氣率，稱為最大允許漏率，簡稱允許漏率，以以q qLpLp表示。表示。此值不僅是設計的一項主要指標，也此值不僅是設計的一項主要指標，也是檢漏的依據(jù)。是檢漏的依據(jù)。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeas

20、tern University, China o 如果設計人員只給出允許的總氣載如果設計人員只給出允許的總氣載q qtottot，而，而沒有具體指明允許漏率沒有具體指明允許漏率q qLpLp的值，一般認為，最大的值，一般認為，最大允許漏率比總氣載低一個數(shù)量級，即允許漏率比總氣載低一個數(shù)量級，即o q qLpLp0.10.1q qtottoto 并以此為收據(jù)，對每個零件的容許漏率進行并以此為收據(jù)，對每個零件的容許漏率進行分配，易檢漏件要求高些，難于檢漏件要求就低分配，易檢漏件要求高些，難于檢漏件要求就低些。些。Vacuum and Fluid Engineering Research Cente

21、r of Northeastern University, China o 不同真空系統(tǒng)允許漏率也是不同的，下面分兩種情況不同真空系統(tǒng)允許漏率也是不同的，下面分兩種情況進行討論。進行討論。o (1)(1)動態(tài)真空系統(tǒng)允許漏率：動態(tài)真空系統(tǒng)允許漏率：o 所謂動態(tài)真空系統(tǒng)是指工作時，泵仍然對它進行抽氣所謂動態(tài)真空系統(tǒng)是指工作時，泵仍然對它進行抽氣的系統(tǒng)，如真空熔煉爐、真空鍍膜機和粒子加速器等。這的系統(tǒng)，如真空熔煉爐、真空鍍膜機和粒子加速器等。這些動態(tài)系統(tǒng)是靠泵抽氣來維持工作壓力的。一般說來，對些動態(tài)系統(tǒng)是靠泵抽氣來維持工作壓力的。一般說來，對氣密性要求低些。氣密性要求低些。o 設真空裝置最大工作壓

22、力為設真空裝置最大工作壓力為p pmaxmax，泵對被抽容器，泵對被抽容器( (真真空室空室) )的有效抽速為的有效抽速為S Se e，則真空容器的允許漏率為，則真空容器的允許漏率為o q qLpLp0.10.1p pmaxmax S Se eo 式中式中p pmaxmax 真空裝置最大工作壓力真空裝置最大工作壓力o S Se e 泵對被抽容器的有效抽速泵對被抽容器的有效抽速Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o (2) (2)靜態(tài)真空系統(tǒng)（無消氣劑繼續(xù)抽氣）允許漏靜態(tài)真空

23、系統(tǒng)（無消氣劑繼續(xù)抽氣）允許漏率：率：o 靜態(tài)系統(tǒng)是指工作時與泵隔開的系統(tǒng)，一般靜態(tài)系統(tǒng)是指工作時與泵隔開的系統(tǒng)，一般稱密閉容器或封離容器。這種系統(tǒng)的特點是要求極稱密閉容器或封離容器。這種系統(tǒng)的特點是要求極限壓力低，在與泵隔離之后的相當長時間內(nèi)，其真限壓力低，在與泵隔離之后的相當長時間內(nèi)，其真空度仍能滿足要求。如電真空器件中的電視顯象管、空度仍能滿足要求。如電真空器件中的電視顯象管、示波管和超高頻管等。由于這些器件體積小，要求示波管和超高頻管等。由于這些器件體積小，要求壽命長，所以對漏氣和放氣要求很嚴。對于材料出壽命長，所以對漏氣和放氣要求很嚴。對于材料出氣，在管子設計與制造時已作了考慮，這里

24、只談漏氣，在管子設計與制造時已作了考慮，這里只談漏氣一題。氣一題。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o 假設這種靜態(tài)系統(tǒng)的真空度不是靠繼續(xù)抽氣假設這種靜態(tài)系統(tǒng)的真空度不是靠繼續(xù)抽氣( (即無消氣劑和鈦泵即無消氣劑和鈦泵) )來維持，而是靠降低器件的漏來維持，而是靠降低器件的漏氣和材料放氣來達到的話，剛封離時壓力氣和材料放氣來達到的話，剛封離時壓力p pi i要遠低要遠低于器件工作的最高壓力于器件工作的最高壓力p pmaxmax，以保證器件壽命，以保證器件壽命較較長。那么，

25、其允許漏率為長。那么，其允許漏率為o q qLpLp0.10.1VV（p pmaxmaxp pi i）/ /o 式中式中p pi i 剛封離時壓力剛封離時壓力o 器件壽命器件壽命 o V V 器件的體積器件的體積Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 一些真空設備的允許漏率一些真空設備的允許漏率Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o 一般說來，理想的檢漏方法

26、應滿足下述要求：一般說來，理想的檢漏方法應滿足下述要求：o (1)(1)檢漏靈敏度高、反應時間短檢漏靈敏度高、反應時間短(3s(3s以內(nèi)以內(nèi)) )和穩(wěn)定性和穩(wěn)定性好；好；o (2)(2)能定出漏孔的位置和漏率；能定出漏孔的位置和漏率；o (3)(3)示漏物質(zhì)在空氣中含量低，不腐蝕零件，不堵示漏物質(zhì)在空氣中含量低，不腐蝕零件，不堵塞漏孔，不污染環(huán)境，不影響人身安全并且還要易于塞漏孔，不污染環(huán)境，不影響人身安全并且還要易于得到；得到；o (4)(4)檢漏范圍寬，從大漏到小漏都能檢測，以減少檢漏范圍寬，從大漏到小漏都能檢測，以減少設備數(shù)量及費用；設備數(shù)量及費用；o (5)(5)結構簡單、使用方便，對

27、被檢件要求不太苛刻；結構簡單、使用方便，對被檢件要求不太苛刻；o (6)(6)能無損檢漏，檢漏無油化、以免油污染被檢件。能無損檢漏，檢漏無油化、以免油污染被檢件。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o 然而，上述要求往往是相互矛盾的。要求一種檢然而，上述要求往往是相互矛盾的。要求一種檢漏方法同時滿足上述所有要求是不可能的。所以只能漏方法同時滿足上述所有要求是不可能的。所以只能針對不同檢漏對象選擇合適的方法，以解決主要矛盾針對不同檢漏對象選擇合適的方法，以解決主要矛盾為原則。

28、為原則。o 那么，檢漏方法如何選擇呢？主要根據(jù)被檢真空那么，檢漏方法如何選擇呢？主要根據(jù)被檢真空系統(tǒng)系統(tǒng)( (或設備或設備) )的容許漏氣量的容許漏氣量q qL L，另外再結合具體情況，另外再結合具體情況來選擇相應的方法。但應注意到總的容許漏氣量是幾來選擇相應的方法。但應注意到總的容許漏氣量是幾個或多個單獨漏隙的漏量之和，要想找到每個單獨漏個或多個單獨漏隙的漏量之和，要想找到每個單獨漏隙，必須選用檢漏靈敏度隙，必須選用檢漏靈敏度q qLdminLdmin比允許漏率比允許漏率q qLpLp值低值低1 12 2個數(shù)量級（相當有個數(shù)量級（相當有1010100100個漏孔）的方法，即個漏孔）的方法，即

29、o q qLdminLdmin（1010-2-21010-1-1）q qLpLpo 另外，還要滿足被檢件要求，簡便易行。再有要另外，還要滿足被檢件要求，簡便易行。再有要根據(jù)現(xiàn)有條件，如設備和人員情況等。根據(jù)現(xiàn)有條件，如設備和人員情況等。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o (1) (1)氣密性：表示真空容器或系統(tǒng)的壁對空氣不可氣密性：表示真空容器或系統(tǒng)的壁對空氣不可滲透性。滲透性。o (2)(2)漏孔漏孔( (漏隙漏隙) )：真空器壁上形狀不定的小孔洞，：真空器壁上形狀不

30、定的小孔洞，大氣可以通過它進入真空系統(tǒng)大氣可以通過它進入真空系統(tǒng)( (或真空容器或真空容器) )。o (3)(3)儀器靈敏度：亦稱最佳靈敏度，即在最佳的工儀器靈敏度：亦稱最佳靈敏度，即在最佳的工作狀態(tài)下所能檢出的最小漏率，用作狀態(tài)下所能檢出的最小漏率，用q qLeminLemin表示，是儀表示，是儀器本身的一個重要特性。器本身的一個重要特性。o (4)(4)檢漏靈敏度：亦稱有效靈敏度，即在具體檢漏檢漏靈敏度：亦稱有效靈敏度，即在具體檢漏條件下條件下( (不一定最佳不一定最佳) )所能看檢出的最小漏率，用所能看檢出的最小漏率，用q qLdminLdmin表示。只要改變檢漏條件，其值是變化的，它表

31、示。只要改變檢漏條件，其值是變化的，它反應出儀器靈敏度的發(fā)揮程度。反應出儀器靈敏度的發(fā)揮程度。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China o (5) (5)反應時間：從檢漏方法開始實施反應時間：從檢漏方法開始實施( (如示漏氣體如示漏氣體開始噴吹開始噴吹) )到指示方法或儀表的指示值上升到其最大到指示方法或儀表的指示值上升到其最大值的值的6363時所需的時間，稱為反應時間，以時所需的時間，稱為反應時間，以r r麥示，麥示，它與漏孔大小無關。它與漏孔大小無關。o (6)(6)消除時

32、間消除時間c c：從檢漏方法停止：從檢漏方法停止( (如示漏氣體停如示漏氣體停止噴吹，開始被抽除止噴吹，開始被抽除) )到指示方法或儀表指示值下降到指示方法或儀表指示值下降至停止時值的至停止時值的37%37%所需的時間。所需的時間。o (7)(7)信噪比：定義為信噪比：定義為I II In n，其中，其中I In n表示在一定條表示在一定條件下本底信號在一定時間內(nèi)的最大波動量；件下本底信號在一定時間內(nèi)的最大波動量；I I表示在表示在一定條件下，檢漏方法或儀表指示的平均值。一定條件下，檢漏方法或儀表指示的平均值。o (8)(8)虛漏：由于設計和操作不妥，在系統(tǒng)內(nèi)形成貯虛漏：由于設計和操作不妥，在

33、系統(tǒng)內(nèi)形成貯存氣源的洞穴，其內(nèi)氣體慢慢地釋放出來而形成漏氣，存氣源的洞穴，其內(nèi)氣體慢慢地釋放出來而形成漏氣，稱為虛漏。稱為虛漏。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao2.1 2.1 真空檢漏法真空檢漏法o2.2 2.2 充壓檢漏法充壓檢漏法o2.3 2.3 背壓檢漏法背壓檢漏法o2.4 2.4 各種各種檢漏方法比較檢漏方法比較Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chi

34、na2.1 2.1 真空檢漏法真空檢漏法o 將被檢件與檢漏器將被檢件與檢漏器( (通常指檢漏器的傳感器通常指檢漏器的傳感器) )相相連，并將被檢件抽真空，在被檢件外施加示漏物質(zhì)。連，并將被檢件抽真空，在被檢件外施加示漏物質(zhì)。如果存在漏孔，示漏物質(zhì)就會通過漏孔進入被檢件如果存在漏孔，示漏物質(zhì)就會通過漏孔進入被檢件和檢漏器，由檢漏器測出示漏物質(zhì)的存在和多少，和檢漏器，由檢漏器測出示漏物質(zhì)的存在和多少，從而可以判定漏孔的位置和漏率。這種方法稱為真從而可以判定漏孔的位置和漏率。這種方法稱為真空檢漏法?？諜z漏法。o 真空檢漏法分為：靜態(tài)升壓法、動態(tài)法和探索真空檢漏法分為：靜態(tài)升壓法、動態(tài)法和探索法三種。

35、這里介紹探索法。法三種。這里介紹探索法。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 探索法真空檢漏系統(tǒng)探索法真空檢漏系統(tǒng)Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.1 2.1 真空檢漏法真空檢漏法o 在探索法檢漏中，檢漏器、被檢件及輔助真空系在探索法檢漏中，檢漏器、被檢件及輔助真空系統(tǒng)的連接方式如上頁圖所示的兩種方式。在系統(tǒng)正常統(tǒng)的連接方式如上頁圖所示的兩種方式。在系

36、統(tǒng)正常運轉后就可以開始檢漏工作。在示漏物質(zhì)沒有施加到運轉后就可以開始檢漏工作。在示漏物質(zhì)沒有施加到漏孔上時，檢漏器漏孔上時，檢漏器8 8的本底輸出信號可以認為零的本底輸出信號可以認為零( (或補或補償?shù)搅銉數(shù)搅? )。示漏物質(zhì)施加到漏孔之后，示漏物質(zhì)通過。示漏物質(zhì)施加到漏孔之后，示漏物質(zhì)通過漏孔進入檢漏系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)各處示漏物質(zhì)的分壓力漏孔進入檢漏系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)各處示漏物質(zhì)的分壓力開始升高，檢漏器輸出信號開始增大，直到示漏物質(zhì)開始升高，檢漏器輸出信號開始增大，直到示漏物質(zhì)抽走量等于進入量，即達到穩(wěn)定狀態(tài)時，檢漏器輸出抽走量等于進入量，即達到穩(wěn)定狀態(tài)時，檢漏器輸出信號最大。然后，若停止施加示漏物

37、質(zhì)，由于抽氣作信號最大。然后，若停止施加示漏物質(zhì)，由于抽氣作用，系統(tǒng)內(nèi)各處示漏物質(zhì)分壓力逐漸降低，檢漏器輸用，系統(tǒng)內(nèi)各處示漏物質(zhì)分壓力逐漸降低，檢漏器輸出信號亦隨之下降。最后，示漏物質(zhì)趨于零本底值，出信號亦隨之下降。最后，示漏物質(zhì)趨于零本底值，檢漏器輸出信號亦趨于零。檢漏器輸出信號亦趨于零。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 2.2 充壓檢漏法充壓檢漏法o 在被檢件內(nèi)部充入一定壓力的示漏物質(zhì)，如在被檢件內(nèi)部充入一定壓力的示漏物質(zhì)，如有漏孔，示漏物質(zhì)便通過漏孔漏出，在被

38、檢件外有漏孔，示漏物質(zhì)便通過漏孔漏出，在被檢件外部用某種檢漏方法或檢漏器進行檢測，從而判定部用某種檢漏方法或檢漏器進行檢測，從而判定漏孔的位置和漏率的方法稱為充壓檢漏法。漏孔的位置和漏率的方法稱為充壓檢漏法。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 2.2 充壓檢漏法充壓檢漏法o 充壓檢漏系統(tǒng)如充壓檢漏系統(tǒng)如右圖所示。假設一漏右圖所示。假設一漏率為率為q qL L的漏孔，檢漏的漏孔，檢漏時示漏氣體通過該漏時示漏氣體通過該漏孔的漏率為孔的漏率為q qL Ls s，其，其值可用

39、下式計算：值可用下式計算：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 2.2 充壓檢漏法充壓檢漏法o在分子流情況下：在分子流情況下：o在粘滯流情況下：在粘滯流情況下：o式中式中 p psearsear 示漏氣體壓力；示漏氣體壓力； o p p0 0 大氣壓力大氣壓力(10(105 5Pa)Pa)；o p pairair被檢件外側壓力被檢件外側壓力( (通常為通常為10105 5PaPa或真空或真空) )；o M Msearsear， M Mairair分別為示漏氣體和空氣的摩

40、爾質(zhì)量；分別為示漏氣體和空氣的摩爾質(zhì)量；osearsear，airair分別為示漏氣體和空氣的粘滯系數(shù)。分別為示漏氣體和空氣的粘滯系數(shù)。o由以上兩式可知，增大充氣壓力由以上兩式可知，增大充氣壓力p psearsear或選擇較小的或選擇較小的M Msearsear和和較小的較小的searsear的示漏氣體，都可以提高充壓檢漏靈敏度。的示漏氣體，都可以提高充壓檢漏靈敏度。LsearairsearLSqMMppq210LsearairairsearLSqpppq2022Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern Unive

41、rsity, China2.2 2.2 充壓檢漏法充壓檢漏法o 在充壓檢漏時，應注意示漏氣體的擴散作用，遵守在充壓檢漏時，應注意示漏氣體的擴散作用，遵守如下幾個原則：如下幾個原則：o (1)(1)在條件允許的情況下，先將被檢件抽空后再充在條件允許的情況下，先將被檢件抽空后再充入示漏氣體。這里所說的條件，主要指被檢件的剛度是入示漏氣體。這里所說的條件，主要指被檢件的剛度是否允許抽空和現(xiàn)場是否有相應的抽真空設備；否允許抽空和現(xiàn)場是否有相應的抽真空設備；o (2)(2)選用擴散系數(shù)大的氣體，如選用擴散系數(shù)大的氣體，如HeHe、H H2 2等；等；o (3)(3)在被檢件設計上，盡量減少盲管的數(shù)量或縮

42、短在被檢件設計上，盡量減少盲管的數(shù)量或縮短盲管長度；盲管長度；o (4)(4)合理選擇充氣位置，使其在被檢件上位于示漏合理選擇充氣位置，使其在被檢件上位于示漏氣體的響應時間基本相等的部位。氣體的響應時間基本相等的部位。o 最后，再次強調(diào)充壓檢漏時，必須注意充氣壓力的最后，再次強調(diào)充壓檢漏時，必須注意充氣壓力的安全問題。雖然增高充氣壓力可以提高檢漏靈敏度，但安全問題。雖然增高充氣壓力可以提高檢漏靈敏度，但是必須保證被檢件的強度和人身安全，并保證檢漏設備是必須保證被檢件的強度和人身安全，并保證檢漏設備和輔件不得損壞。和輔件不得損壞。Vacuum and Fluid Engineering Rese

43、arch Center of Northeastern University, China2.3 2.3 背壓檢漏法背壓檢漏法o 背壓檢漏是充壓檢漏和真空檢漏相結合的一種綜合背壓檢漏是充壓檢漏和真空檢漏相結合的一種綜合檢漏方法，適用于封離的電子器件、半導體器件等密封檢漏方法，適用于封離的電子器件、半導體器件等密封件的無損檢漏。件的無損檢漏。o 背壓檢漏原理如下圖所示。其檢漏過程包括三個步背壓檢漏原理如下圖所示。其檢漏過程包括三個步驟：驟：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2

44、.3 2.3 背壓檢漏法背壓檢漏法o (1) (1)充壓：將被檢件在充有高壓示漏氣體的容器內(nèi)存放充壓：將被檢件在充有高壓示漏氣體的容器內(nèi)存放( (或稱浸泡或稱浸泡) )一定時間。若被檢件有漏孔，示漏氣體便通過一定時間。若被檢件有漏孔，示漏氣體便通過漏孔進入被檢件的內(nèi)部。并且，隨著浸泡時間的增加和充漏孔進入被檢件的內(nèi)部。并且，隨著浸泡時間的增加和充氣壓力的增高，被檢件內(nèi)部示漏氣體的分壓力逐漸升高。氣壓力的增高，被檢件內(nèi)部示漏氣體的分壓力逐漸升高。o (2)(2)凈化：用干燥氮氣或干燥空氣流在充壓容器外部或凈化：用干燥氮氣或干燥空氣流在充壓容器外部或在其內(nèi)部吹被檢件，在不具氣源時也可以靜置被檢件，

45、以在其內(nèi)部吹被檢件，在不具氣源時也可以靜置被檢件，以便去除吸附在被檢件外表面上的示漏氣體。在凈化過程中，便去除吸附在被檢件外表面上的示漏氣體。在凈化過程中，一定有部分示漏氣體從被檢件內(nèi)部經(jīng)漏孔流失，導致被檢一定有部分示漏氣體從被檢件內(nèi)部經(jīng)漏孔流失，導致被檢件內(nèi)部示漏氣體分壓力逐漸下降。凈化時間越長，示漏氣件內(nèi)部示漏氣體分壓力逐漸下降。凈化時間越長，示漏氣體的分壓降越大。體的分壓降越大。o (3)(3)檢漏：將凈化后的被檢件放入真空室，真空室與檢檢漏：將凈化后的被檢件放入真空室，真空室與檢漏器相連，進行檢漏。抽真空后，由于壓差作用，示漏氣漏器相連，進行檢漏。抽真空后，由于壓差作用，示漏氣體通過漏

46、孔從被檢件內(nèi)部流出，而后經(jīng)過真空室進入檢漏體通過漏孔從被檢件內(nèi)部流出，而后經(jīng)過真空室進入檢漏器，根據(jù)檢漏器的輸出指示判定漏孔的存在及其漏率。器，根據(jù)檢漏器的輸出指示判定漏孔的存在及其漏率。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2.4 4 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2.4 4 Vacuum and Fluid Engineering Resea

47、rch Center of Northeastern University, China2.2.4 4 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3 3 檢漏儀檢漏儀Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.3.1 1 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, C

48、hinaVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, ChinaVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 在離子源內(nèi)，氣體分子被由燈絲發(fā)射的并具有一定能量的電在離子源內(nèi)，氣體分子被由燈絲發(fā)射的并具有一定能量的電子電離成離子，在電場作用下離子聚焦成束，并在加速電壓作用子電離成離子，在電場作用下離子聚焦成束，并在加速電壓作用下，以一定的速度經(jīng)過離子加速極的縫隙進入分析器。在分析器下，

49、以一定的速度經(jīng)過離子加速極的縫隙進入分析器。在分析器中，在與離子運動方向相垂直的均勻磁場作用下，具有一定速度中，在與離子運動方向相垂直的均勻磁場作用下，具有一定速度的離子將按圓形軌道運動，其離子束偏轉半徑可由下式計算：的離子將按圓形軌道運動，其離子束偏轉半徑可由下式計算：o R R=(2=(2mUmU/(/(ZeZe) /) /B Bo式中式中 e e 基本電荷量（基本電荷量（1.61.61010-19-19 C C）；）； m m 離子質(zhì)量（離子質(zhì)量（1.661.661010-27-27M Mkgkg，M M為離子的質(zhì)量數(shù)）；為離子的質(zhì)量數(shù)）； U U 離子加速電壓，離子加速電壓，V V；

50、B B 磁感應強度，磁感應強度，T T； R R 離子軌道半徑，離子軌道半徑，m m； Z Z 離子所帶基本電荷數(shù)。離子所帶基本電荷數(shù)。o 上式也可寫成如下便于計算的公式：上式也可寫成如下便于計算的公式：o R R= 1.44= 1.441010-4-4（MU/ZMU/Z）/B/Bo式中式中 M/Z M/Z 離子的質(zhì)荷比，即離子的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)之比。離子的質(zhì)荷比，即離子的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)之比。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 由上式可見，當由上式可見，當B B和和U U為

51、定值時，不同質(zhì)荷比的離子有為定值時，不同質(zhì)荷比的離子有不同的偏轉半徑。只有離子的偏轉半徑與分析器的幾何半不同的偏轉半徑。只有離子的偏轉半徑與分析器的幾何半徑徑( (質(zhì)譜室原理圖中，離子入口縫質(zhì)譜室原理圖中，離子入口縫S S1 1和出口縫和出口縫S S2 2所在圓的半所在圓的半徑徑) )相等的離子束相等的離子束( (原理圖中的原理圖中的2)2)才能通過出口縫隙才能通過出口縫隙S S2 2到達到達收集極收集極D D形成離子流。而其它質(zhì)荷比的離子束形成離子流。而其它質(zhì)荷比的離子束( (如原理圖中如原理圖中的的1 1和和3)3)，則以不同于分析器幾何半徑的偏轉半徑而被分離，則以不同于分析器幾何半徑的偏

52、轉半徑而被分離掉。掉。o 例如，有臺檢漏儀，例如，有臺檢漏儀，R R=4cm=4cm，B B=0.14T=0.14T，示漏氣體為，示漏氣體為HeHe（其一價氦離子的質(zhì)荷比（其一價氦離子的質(zhì)荷比M/ZM/Z=4=4），問其加速電壓應調(diào)到多），問其加速電壓應調(diào)到多大才可進行檢漏？大才可進行檢漏？o 由上式可得：由上式可得：o即加速電壓調(diào)至即加速電壓調(diào)至378V378V就能進行檢漏。就能進行檢漏。VRBZMU3781044. 1/124Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 為了使

53、離子流信號有一定的量值，質(zhì)譜室為了使離子流信號有一定的量值，質(zhì)譜室中的離子出口縫隙中的離子出口縫隙S S2 2有一定寬度。加速電壓有一定寬度。加速電壓U U有一個調(diào)節(jié)范圍，調(diào)加速電壓以使檢漏儀輸有一個調(diào)節(jié)范圍，調(diào)加速電壓以使檢漏儀輸出信號最大，此時的加速電壓稱為出信號最大，此時的加速電壓稱為“氦峰氦峰”。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 單級磁偏轉型氦質(zhì)譜儀的磁分析器，也可以采用單級磁偏轉型氦質(zhì)譜儀的磁分析器，也可以采用6060或或9090偏轉，其原理圖如下圖所示。偏轉

54、，其原理圖如下圖所示。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao雙級串聯(lián)磁偏轉型檢漏儀工作原理雙級串聯(lián)磁偏轉型檢漏儀工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 如上圖所示，在兩個分析器中間，即在中間如上圖所示，在兩個分析器中間，即在中間縫隙縫隙S S2 2與鄰近的擋板間設置加速電場，使離子在與鄰近的擋板間設置加速電場，使離子在進入第二分析器之前再次加速。因此

55、，那些具有進入第二分析器之前再次加速。因此，那些具有氦離子動量相同的其它氣體離子，雖然可以通過氦離子動量相同的其它氣體離子，雖然可以通過第一個分析器，但經(jīng)過第二次加速進入第二分析第一個分析器，但經(jīng)過第二次加速進入第二分析器時，由于其動量與氦離子動量不同而被分離。器時，由于其動量與氦離子動量不同而被分離。這樣一來使得儀器本底信號及噪聲顯著減小，提這樣一來使得儀器本底信號及噪聲顯著減小，提高了儀器靈敏度。通常，單級磁偏轉型氦質(zhì)譜檢高了儀器靈敏度。通常，單級磁偏轉型氦質(zhì)譜檢漏儀的靈敏度為漏儀的靈敏度為1010-9-91010-12-12 Pam Pam3 3s s-1-1，而雙級串聯(lián)，而雙級串聯(lián)磁偏

56、轉型靈敏度可達磁偏轉型靈敏度可達1010-14-141010-15 -15 PamPam3 3s s-1-1。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao逆流氦質(zhì)譜檢漏儀的工作原理逆流氦質(zhì)譜檢漏儀的工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 逆流氦質(zhì)譜檢漏儀的結構示意圖如上圖所示。儀逆流氦質(zhì)譜檢漏儀的結構示意圖如上圖所示。儀器的質(zhì)譜室位于主泵的入口一側，被檢件

57、位于主泵的器的質(zhì)譜室位于主泵的入口一側，被檢件位于主泵的前級真空一側。由于漏入被檢件的示漏氣體在主泵中前級真空一側。由于漏入被檢件的示漏氣體在主泵中逆流進入質(zhì)譜室，所以稱這種檢漏儀為逆流檢漏儀。逆流進入質(zhì)譜室，所以稱這種檢漏儀為逆流檢漏儀。o 以擴散泵為主泵的逆流氦質(zhì)譜檢漏儀是根據(jù)油擴以擴散泵為主泵的逆流氦質(zhì)譜檢漏儀是根據(jù)油擴散泵壓縮比與氣體種類有關的原理制成的。多級擴散散泵壓縮比與氣體種類有關的原理制成的。多級擴散泵的壓縮比對于泵的壓縮比對于氦氦氣可以達到氣可以達到10102 2；對于空氣中其它；對于空氣中其它成分為成分為10104 410106 6。o 渦輪分子泵對輕質(zhì)量氣體壓縮比小，也用

58、作逆流渦輪分子泵對輕質(zhì)量氣體壓縮比小，也用作逆流檢漏儀的主泵。因此，在逆流氦質(zhì)譜檢漏儀中，氦氣檢漏儀的主泵。因此，在逆流氦質(zhì)譜檢漏儀中，氦氣通過漏孔和被檢件進入主泵前級管道后，仍有部分氦通過漏孔和被檢件進入主泵前級管道后，仍有部分氦氣穿過主泵返流到質(zhì)譜室中去，并輸出漏氣信號。此氣穿過主泵返流到質(zhì)譜室中去，并輸出漏氣信號。此種檢漏儀的靈敏度可達到種檢漏儀的靈敏度可達到1010-8-81010-12-12PamPam3 3s s-1-1。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 在

59、檢漏儀處于最佳工作條件下，以一個標準大氣在檢漏儀處于最佳工作條件下，以一個標準大氣壓的純氦氣為示漏氣體，進行動態(tài)檢漏時，所能檢出壓的純氦氣為示漏氣體，進行動態(tài)檢漏時，所能檢出的最小漏孔的漏率稱為氦質(zhì)譜檢漏儀的漏率靈敏度，的最小漏孔的漏率稱為氦質(zhì)譜檢漏儀的漏率靈敏度，或稱最小可檢漏率?；蚍Q最小可檢漏率。o 在檢漏儀質(zhì)譜室處于工作壓力下，儀器可檢出的在檢漏儀質(zhì)譜室處于工作壓力下，儀器可檢出的氦分壓比的最小變化量稱為分壓比靈敏度，亦稱為最氦分壓比的最小變化量稱為分壓比靈敏度，亦稱為最小可檢分壓比，記作小可檢分壓比，記作minmin。（也稱濃度靈敏度或最小。（也稱濃度靈敏度或最小可檢濃度）可檢濃度）o

60、 靈敏度的校準應用靈敏度的校準應用“標準漏孔標準漏孔”在校準系統(tǒng)上進在校準系統(tǒng)上進行。多用玻璃行。多用玻璃- -鉑絲型和帶氦室的石英薄膜滲氦型標鉑絲型和帶氦室的石英薄膜滲氦型標準漏孔。準漏孔。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao質(zhì)譜檢漏儀用氦為示漏氣體原因質(zhì)譜檢漏儀用氦為示漏氣體原因（1 1）氦在空氣中及殘余氣體中含量最少。）氦在空氣中及殘余氣體中含量最少。（2 2）氦質(zhì)量輕，易于穿過漏孔，擴散也快，檢漏）氦質(zhì)量輕，易于穿過漏孔，擴散也快，檢漏 靈敏度高。靈敏度高。（3 3