氦質(zhì)譜檢漏儀原理及使用方法及相關(guān)介紹

氦質(zhì)譜檢漏儀原理及使用方法及相關(guān)介紹當(dāng)前1頁，總共52頁。內(nèi)容真空檢漏技術(shù)氦質(zhì)譜檢漏儀的主要構(gòu)成及作用真空學(xué)簡介泵的工作原理質(zhì)譜管結(jié)構(gòu)及其工作原理氦質(zhì)譜檢漏儀的使用方法及注意事項(xiàng)當(dāng)前2頁，總共52頁。真空檢漏技術(shù)真空檢漏技術(shù)就是用適當(dāng)?shù)姆椒ㄅ袛嗾嫦到y(tǒng)﹑容器或器件是否漏氣﹑確定漏孔位及漏率大小的一門技術(shù)﹐相應(yīng)的儀器稱為檢漏儀。在真空系統(tǒng)﹑容器﹑器件制造過程中借助真空檢漏技術(shù)確定它們的真空氣密性﹑探查漏孔的位置﹐以便采取措施將漏孔封閉從而使系統(tǒng)﹑容器﹑器件中的真空狀態(tài)得以維持。當(dāng)前3頁，總共52頁。什么是漏及檢漏的標(biāo)準(zhǔn)

真空系統(tǒng)﹑容器或器件的器壁因材料本身缺陷或焊縫﹑連接處存在孔洞﹑裂紋或間隙等缺陷﹐外部大氣通過這些缺陷進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部﹐致使系統(tǒng)﹑容器或器件達(dá)不到預(yù)期的真空度﹐這種現(xiàn)象稱為漏氣。造成漏氣的缺陷稱為漏孔。漏孔尺寸微小﹑形狀復(fù)雜﹐無法用幾何尺寸表示﹐因此在真空技術(shù)中用漏率來表示漏孔的大小。漏率是指單位時間內(nèi)漏入系統(tǒng)的氣體量。用漏率表示漏孔大小時，如果不加特殊說明，則是指在漏孔入口壓力為1.01×105Pa，出口壓力低于1.33×103Pa，溫度為296士3K的標(biāo)準(zhǔn)條件下，單位時間內(nèi)流過漏孔的露點(diǎn)溫度低于248K的空氣的氣體量。漏率的單位是Pa·m3/s（帕斯卡×立方米／秒）當(dāng)前4頁，總共52頁。壓強(qiáng)和漏率單位換算在國際單位制中壓強(qiáng)的單位是Pa(帕斯卡)，1Pa的壓強(qiáng)就是1m2面積上作用1N(牛頓)的力。當(dāng)前5頁，總共52頁。

最常用的檢漏方法

——氦質(zhì)譜檢漏法氦質(zhì)譜檢漏法是根據(jù)質(zhì)譜分析的原理，以氦作探索氣體，對各種需密封的容器的漏隙進(jìn)行快速定位和定量檢測的理想的方法。因氦是隋性氣體，對大氣無污染，使用安全；氦原子量小、粘度小，易滲透過任何可能存在的漏率，檢測靈敏度高、速度快、適用范圍廣；加之氦在大氣中含量少（僅萬分之五），離子質(zhì)量與其它氣體離子質(zhì)量相差很大，不易受干擾，不會錯判。與當(dāng)今諸多檢漏方法（如氣泡法、鹵素檢漏法等）相比，它是佼佼者。當(dāng)前6頁，總共52頁。儀器結(jié)構(gòu)ZhP--30型氦質(zhì)譜檢漏儀由四部分組成。真空系統(tǒng)質(zhì)譜管電子學(xué)電路機(jī)架當(dāng)前7頁，總共52頁。儀器結(jié)構(gòu)圖：當(dāng)前8頁，總共52頁。當(dāng)前9頁，總共52頁。真空系統(tǒng)當(dāng)前10頁，總共52頁。真空科學(xué)發(fā)展的歷史回顧

人們或許是受翻譯國外書刊的影響，通常在回顧真空科學(xué)發(fā)展史時，常常誤認(rèn)為1643年托里析利的壓力實(shí)驗(yàn)和1650年葛利克發(fā)明抽氣機(jī)是對真空這一現(xiàn)象的最早發(fā)現(xiàn)，其實(shí)早在公元前六世紀(jì)我國在冶鐵技術(shù)中即采用了風(fēng)箱鼓風(fēng)法，那時稱風(fēng)箱為“鞲鞴”。戰(zhàn)國時期“老子道德經(jīng)”一書說“鞲鞴”是虜而不屈、動而愈出”，這是利用真空吸氣原理的有記載的描述。而歐州到十六世紀(jì)才發(fā)明這種設(shè)備。因此在我們回顧真空科學(xué)發(fā)展歷程時，是不應(yīng)當(dāng)忘記我們的祖先、對人類在早期發(fā)展真空技術(shù)所做出的貢獻(xiàn)。當(dāng)前11頁，總共52頁。二、真空及其應(yīng)用真空的含義在真空科學(xué)中，真空的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個大氣壓力的氣體狀態(tài)。人們通常把這種稀薄的氣體狀態(tài)稱為真空狀況。當(dāng)前12頁，總共52頁。不同真空狀態(tài)下的真空工藝技術(shù)隨著氣態(tài)空間中氣體分子密度的減小，氣體的物理性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化，人們就是基于氣體性質(zhì)的這一變化，在不同的真空狀態(tài)下、應(yīng)用各種不同的真空工藝、達(dá)到為生產(chǎn)及科學(xué)研究服務(wù)的目的。目前，可以說，從每平方厘米表面上有上百個電子元件的超大規(guī)模集成電路的制造，到幾公里長的大型加速器的運(yùn)轉(zhuǎn)，從民用裝飾品的生產(chǎn)到受控核聚變、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)的問世，都與真空工藝技術(shù)密切相關(guān)。不同真空狀態(tài)下所引發(fā)出來的各種真空工藝技術(shù)的應(yīng)用概況如下表所示。當(dāng)前13頁，總共52頁。當(dāng)前14頁，總共52頁。當(dāng)前15頁，總共52頁。檢漏儀的真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)是指用來獲得質(zhì)譜管正常工作所需真空的環(huán)境。它主要由機(jī)械泵、渦輪分子泵和三位手動組合閥三部分組成。當(dāng)前16頁，總共52頁。機(jī)械泵兩個主要作用：獲得低真空作為其他抽更高真空泵的前級泵（分子泵）當(dāng)前17頁，總共52頁。當(dāng)前18頁，總共52頁。機(jī)械泵工作原理（油封型）：用油來保持運(yùn)動部件的密封、靠泵腔容積變化而實(shí)現(xiàn)抽氣的機(jī)械真空泵。它們的工作原理都是使泵腔工作室容積機(jī)械地增大和縮小而抽氣。當(dāng)泵腔內(nèi)工作室容積變得最小時，與泵的入口管道連通，于是氣體進(jìn)入泵吸入腔，一直到吸入腔容積最大并重新與進(jìn)氣口分開時為止。當(dāng)容積減少時，氣體被壓縮，直到氣體的壓力大于一個大氣壓，排氣閥被打開，將氣體排出。當(dāng)前19頁，總共52頁。采用油封的原因：當(dāng)前大量使用的機(jī)械真空泵，即使設(shè)計(jì)得再好，相向運(yùn)動的零件間配合精度即使很高。在泵達(dá)到極限真空時，也難以阻止氣體由低真空端向入口端“突破”返流。另外，由于泵在設(shè)計(jì)制造及裝配中不可避免地存在有害空間，這也降低泵的極限真空度。油封機(jī)械真空泵就是用油將相向運(yùn)動的零部件和排氣閥零件間密封起來；將有害空間充填，使得高壓氣體反“突破”的機(jī)會少得多，密封性能也就好得多，從而使泵能達(dá)到較高的真空度。當(dāng)前20頁，總共52頁。分子泵：

分子泵是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅(qū)向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。渦輪分子泵靠高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實(shí)現(xiàn)抽氣的。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。當(dāng)前21頁，總共52頁。三位手動組合閥三位手動組合閥可對被監(jiān)實(shí)現(xiàn)預(yù)抽真空、檢漏和放大氣的全部檢漏操作程序。這樣的工作是通過順時針旋轉(zhuǎn)操作手柄完成的。三位閥表面圖（操作手柄）當(dāng)前22頁，總共52頁。當(dāng)前23頁，總共52頁。質(zhì)譜管質(zhì)譜管是檢漏儀的核心部分，包括離子源、磁鐵、接收極與前置放大器、全離子檢測極及管殼等部分。當(dāng)前24頁，總共52頁。粒子受力分析帶電粒子的速度方向若與磁場方向平行，帶電粒子不受洛倫茲力作用，將以入射速度做勻速直線運(yùn)動。帶電粒子若垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場且只受洛倫茲力的作用，帶電粒子一定做勻速圓周運(yùn)動，其軌道平面一定與磁場垂直。由洛倫茲力提供向心力，即：當(dāng)前25頁，總共52頁。粒子帶電量為q，質(zhì)量為m，經(jīng)加速電壓U加速后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，在加速電場中，由動能定理得：qU=1/2mv2

，在勻強(qiáng)磁場中軌道半徑：

R＝；當(dāng)前26頁，總共52頁。

若以一電子的電荷量作為1電荷單位，正離子的電荷數(shù)用Z表示，以相對原子量單位作為離子的質(zhì)量單位，離子質(zhì)量數(shù)用M表示，M的單位為高斯（1高斯=10-4特），V的單位為伏特，R的單位為cm，則

當(dāng)前27頁，總共52頁。電子學(xué)線路電子學(xué)線路包括控制部件和接收器兩大部分?？刂撇考碾娐贩綁K圖包括了總電源板MAIN簡稱M板，顯示板DISPLAY簡稱D板，控制板CONTROL簡稱C板共三塊電路板。當(dāng)前28頁，總共52頁。當(dāng)前29頁，總共52頁。逆流檢漏法逆流氦質(zhì)譜檢漏儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖5所示。該類儀器是根據(jù)油擴(kuò)散泵或分子泵的壓縮比與氣體種類有關(guān)的原理制成的。例如，多級油擴(kuò)散泵對氦氣的壓縮比為102；對空氣中其它成分的壓縮比為lO4～106。檢漏時，通過被檢件上漏孔進(jìn)入主抽泵前級部位的氦氣，仍有部分返流到質(zhì)譜室中去，并由儀器的輸出指示示出漏氣訊號。這就是逆流氦質(zhì)譜檢漏儀的工作原理。

當(dāng)前30頁，總共52頁。利用氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行檢漏的方法有：噴吹法、氦罩法、吸槍法、背壓法、輔助真空系統(tǒng)法等。檢漏的目的是確定被檢件漏孔的位置和漏率，這些目的是通過采用一些標(biāo)準(zhǔn)的檢漏方法實(shí)現(xiàn)的。采用什么方法要視被檢件的結(jié)構(gòu)、檢漏的經(jīng)濟(jì)效益及檢漏系統(tǒng)的性質(zhì)來決定。根據(jù)不同的檢漏目的，基本有以下幾種檢漏方法：當(dāng)前31頁，總共52頁。1.噴吹法該方法是將被檢件接在檢漏儀的檢漏口，用檢漏儀的真空系統(tǒng)對其抽真空并達(dá)到真空銜接與質(zhì)譜管溝通，然后用噴槍向可疑的部位噴吹氦氣。當(dāng)有漏孔存在時，氦氣就通過漏孔進(jìn)入質(zhì)譜管被檢測。當(dāng)前32頁，總共52頁。如圖所示：當(dāng)前33頁，總共52頁。2.吸入法具體操作方法為用專用的吸槍連接在儀器的檢漏口上，要被檢測的器件則充入一定量的氦氣（純氦氣或按一定比例混合的氦—氮混合氣體）。在檢漏時，讓氣槍沿著可疑漏孔處慢慢移動，若被檢測器件有漏孔，氦氣自漏孔漏出，被吸槍吸入送至儀器的質(zhì)譜管而被檢測。當(dāng)前34頁，總共52頁。如圖所示：這種方法又稱為吸槍法當(dāng)前35頁，總共52頁。3.鐘罩法將被檢測器件與儀器檢漏口連接抽真空，并在它的外面罩一個充滿氦氣的容器，如果被檢測器件有漏孔，氦氣便會由漏孔進(jìn)入被檢件，并最終達(dá)到質(zhì)譜管被檢測到，所測到的漏率為被檢測器件的總漏率，但這種方法不能確定有幾個泄漏點(diǎn)和每個漏點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。當(dāng)前36頁，總共52頁。示意圖如下：當(dāng)前37頁，總共52頁。4.背壓法這種方法在檢漏前用專用加壓容器向被檢件壓入氦氣，然后取出被檢件，吹去表面吸附的氦氣后放入專用的檢漏罐中，再將檢漏罐連接到檢漏儀的檢漏口上，對檢漏罐抽真空，實(shí)施檢漏，則通過該漏孔壓入的氦氣又釋放出來進(jìn)入檢漏罐，最終達(dá)到質(zhì)譜管。用這種方法測到的漏率也是總漏率。當(dāng)前38頁，總共52頁。如圖所示：當(dāng)前39頁，總共52頁。5.輔助真空系統(tǒng)法對于漏氣速率和放氣速率較大或者體積較大的被檢器件，這種情況需加接輔助真空系統(tǒng)，提高對被檢件的抽速。最簡單的輔助真空系統(tǒng)只需要一個機(jī)械泵和兩個閥門。