




氦氣檢漏儀
氦氣檢漏儀是氦質(zhì)譜檢漏儀((Helium Mass Spectrometer Leak Detector)的俗稱,運(yùn)用質(zhì)譜原理制成的儀器稱為質(zhì)譜計(jì)或質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀通過其核心部件質(zhì)譜室,使不同質(zhì)量的氣體變成離子并在某種場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)后,不同質(zhì)荷比的離子在場(chǎng)中彼此分開,而相同質(zhì)荷比的離子在場(chǎng)中匯聚在一起,如果在適當(dāng)位置安置接收1器接收所有這些離子,就會(huì)得到按照質(zhì)荷比大小依次分開排列的質(zhì)譜圖,這就是質(zhì)譜。氦質(zhì)譜檢漏儀的校準(zhǔn)方法(1)漏率校準(zhǔn)①校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成校準(zhǔn)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)漏孔、截止閥及需校準(zhǔn)的氦質(zhì)譜檢漏儀組成。
用于檢漏的質(zhì)譜儀稱為質(zhì)譜檢漏儀。測(cè)量氣體分壓力的所有質(zhì)譜計(jì),如四極質(zhì)譜計(jì)、射頻質(zhì)譜計(jì)、飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)等都可以用于檢漏。
專門設(shè)計(jì)的以氦氣作示蹤氣體進(jìn)行檢漏的質(zhì)譜儀稱為氦質(zhì)譜檢漏儀。這種儀器除靈敏度高外,還具有適應(yīng)范圍廣、定位定量準(zhǔn)確、無毒、安全、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。氦質(zhì)譜檢漏儀中用得較多的是90°和180°的磁偏轉(zhuǎn)型質(zhì)譜儀。
眾所周知,當(dāng)一個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)(正離子)以速度v進(jìn)入均勻磁場(chǎng)的分析器中,如果速度v的方向和磁場(chǎng)H的方向相垂直,則它的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓,如圖1所示。當(dāng)磁場(chǎng)的磁通密度一定時(shí),不同質(zhì)荷比(m/e)的離子在磁場(chǎng)中都有相應(yīng)的運(yùn)輸半徑,也就是都有相應(yīng)的圓軌跡,這樣,不同質(zhì)荷比的帶電粒子在磁場(chǎng)分析器中運(yùn)動(dòng)后就會(huì)彼此分開。如果在離大運(yùn)動(dòng)的路徑中安置一塊檔板將其他離子檔掉,而在對(duì)應(yīng)的氦離子運(yùn)動(dòng)半徑位置的檔板上開一狹縫,狹縫后安置離子接收極,這樣的只有氦離子才能通過狹縫而被接收極接收形成氦離子流,并經(jīng)放大器放大后由測(cè)量儀表指示出來。逆擴(kuò)散系統(tǒng)檢漏儀與常規(guī)系統(tǒng)相比,被檢件只與低真空相通,因此只需將被檢工件抽至低真空就能進(jìn)行檢漏,氦氣是逆擴(kuò)散到質(zhì)譜管,不會(huì)對(duì)系統(tǒng)有污染,因此被廣泛采用,已成為市場(chǎng)的主流的產(chǎn)品。檢漏時(shí),如果用氦氣噴吹漏孔,氦氣便通過漏孔進(jìn)入檢漏儀的質(zhì)譜室中,使檢漏儀的測(cè)量儀表立即靈敏地反應(yīng)出來,達(dá)到了檢漏的目的。
氦質(zhì)譜檢漏儀的校準(zhǔn)方法
(1) 漏率校準(zhǔn)① 校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成
校準(zhǔn)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)漏孔、截止閥及需校準(zhǔn)的氦質(zhì)譜檢漏儀組成。
②示值誤差
通電預(yù)熱,待氦質(zhì)譜檢漏儀啟動(dòng)完成后,采用標(biāo)準(zhǔn)漏孔對(duì)氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行校準(zhǔn),將一經(jīng)過校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)漏孔接入氦質(zhì)譜檢漏儀系統(tǒng),運(yùn)行氦質(zhì)譜檢漏儀,待漏率示值穩(wěn)定后,可以讀出標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏率的氦質(zhì)譜檢漏儀示值,同一標(biāo)準(zhǔn)漏孔測(cè)量三次,計(jì)算氦質(zhì)譜檢漏儀示值平均值,從而得到標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏率與氦質(zhì)譜檢漏儀示值平均值的示值誤差。結(jié)束后,將其他量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)漏孔依次按此方法接入氦質(zhì)譜檢漏儀系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,得到氦質(zhì)譜檢漏儀在每一量級(jí)下漏率的示值誤差。其基本工作原理是采集被檢件中的氣體樣品并將其電離,根據(jù)不同種類氣體離子質(zhì)荷比不同的特點(diǎn),利用磁偏轉(zhuǎn)分離原理將其區(qū)分開來。
如果測(cè)試結(jié)果有較大編差,可以考慮氦質(zhì)譜檢漏儀的自校功能,待完成后,再用標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行測(cè)試。
③ 重復(fù)性
測(cè)量重復(fù)性是用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征的,本校準(zhǔn)方法采用極差法來表征重復(fù)性。在示值誤差測(cè)量中,每一標(biāo)準(zhǔn)漏孔用氦質(zhì)譜檢漏儀重復(fù)測(cè)量三次,可用公式(2)計(jì)算氦質(zhì)譜檢漏儀在該漏率下的重復(fù)性。
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氦質(zhì)譜檢漏用氦氣的選擇
氦氣是一種無色、無味的隋性氣體。相對(duì)分子質(zhì)量為4.003,分子直徑為2.18×10-10m,分子的質(zhì)量為3.65×10-27kg,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為0.1769kg/m3,臨界溫度為5.25K,臨界壓力為2.26×105Pa,1atm壓力下的沸點(diǎn)為4.214K,熔點(diǎn)為0.9K,三相點(diǎn)溫度為2.186K,三相點(diǎn)壓力為51.1×10-2Pa,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的熱導(dǎo)率為510.79J/(m·h·K),在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的定壓比熱為5233J/(kg·K),在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的動(dòng)力粘度系數(shù)為1.86×10-5Pa·s,1L液氦氣化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氦氣體積為700L。氦質(zhì)譜檢漏儀的應(yīng)用拓展氦質(zhì)譜檢漏儀的應(yīng)用已從科學(xué)院、大專院校、實(shí)驗(yàn)室及少數(shù)科研機(jī)構(gòu)走向工礦企業(yè),甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、個(gè)體企業(yè),可以說應(yīng)用領(lǐng)域極其寬廣。
國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的瓶裝氦氣按純度高低分別為工業(yè)用氦、純氦、高純氦三種。
1、工業(yè)用氦:氦含量≥99%,露1點(diǎn)≤43℃.
2、純氦分三級(jí):優(yōu)等品氦含量≥99.995%;一等品氦含量≥99.993%;合格品氦含量≥99.99%。
3、高純氦分為三級(jí):優(yōu)等品氦含量≥99.9996%;一等品氦含量≥99.9993%;合格品氦含量≥99.999%。
氦氣在氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏中作為示蹤氣體使用,純度要求不高,一般選用工業(yè)用氦,即氦含量≥99%,露1點(diǎn)≤43℃。
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