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氦質(zhì)譜檢漏儀的結(jié)構(gòu)組成

氦質(zhì)譜檢漏儀——質(zhì)譜室

不同類型的氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室結(jié)構(gòu)大同小異，都是由離子源、分析器和收集器三部分組成，它們放在一個(gè)抽成高真空的質(zhì)譜室外殼中。 

1）離子源

離子源的作用是使氣體分子電離，形成一束具有一定能量的離子。它由燈絲（陰極）、離化室及離子加速極組成。

燈絲在真空中通電加熱后發(fā)射電子，在離化室與燈絲之間的電場(chǎng)的作用下，電子加速穿過(guò)離化室頂部狹縫進(jìn)入離化室，在離化室中與氣體分子發(fā)生多次碰撞后損失能量，然后打到分子電離形成正離子，正離子在離化室與加速極之間的電原U（即離子加速電壓）作用下，相繼穿過(guò)離化室正面的矩形狹縫和加速極的矩形狹縫，由于加速電場(chǎng)對(duì)離子做的功轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子的動(dòng)能，便形成具有一定能量的離子束。由于離子是由中性氣體分子失去Z個(gè)帶負(fù)電荷e的電子而形成的，所以離子電荷為正的Ze。（2）所謂動(dòng)態(tài)檢漏，是指檢漏時(shí)，檢漏儀的真空系統(tǒng)仍在對(duì)質(zhì)譜室進(jìn)行抽氣，且儀器的反應(yīng)時(shí)間不大于3s的情況。由于各種氣體的離子均受同一電場(chǎng)的加速，當(dāng)它們的電荷量相等時(shí)，它們的能量相等，但由于質(zhì)荷比不同，故運(yùn)動(dòng)速度也就不同。 

2）分析器

分析器作用是使不同質(zhì)荷比的離子按不同軌跡運(yùn)動(dòng)，從而將它們彼此分開，僅使氦離子通過(guò)其出口隙縫。分析器由一個(gè)外加均勻磁場(chǎng)及一個(gè)出口電極組成。磁場(chǎng)方向與離子束入射方向垂直。

3）收集極

收集極是對(duì)準(zhǔn)出口電極狹縫安裝的，其作用是收集穿過(guò)出口電極狹縫的氦離子并通過(guò)一個(gè)電阻輸入到小電流放大器進(jìn)行離子流的放大和測(cè)量。由于氦離子一般只有10-13~10-12A，要使小電流放大器輸入信號(hào)電壓足夠大，則輸入電阻必需很大（一般高于1010歐），放大用的靜電計(jì)管必須要高度絕緣，所以把高阻及靜電計(jì)管放在高真空的質(zhì)譜室中。2）分析器分析器作用是使不同質(zhì)荷比的離子按不同軌跡運(yùn)動(dòng)，從而將它們彼此分開，僅使氦離子通過(guò)其出口隙縫。

氦質(zhì)譜檢測(cè)儀——示漏氣體的選擇

選擇示漏氣體的原則是：它在空氣中及真空系統(tǒng)中的含量低；檢漏儀對(duì)它的靈敏度高；它不會(huì)對(duì)人員、環(huán)境、被檢件及檢漏儀造成污染、傷害和安全隱患；價(jià)格低。

質(zhì)譜檢漏儀通常選擇氦氣作示蹤氣體，主要原因如下：

（1）氦在空氣中及真空系統(tǒng)殘余氣體中的含量少（在空氣中約含5×10-6），在材料出氣中也很少，因此本底壓力小，輸出的本底電流也小。正因?yàn)楸镜仔。赡承┰蛞鸨镜椎牟▌?dòng)，亦即本底噪聲也就小，因此微小漏率也就能反應(yīng)出來(lái)，靈敏度高。

（2）氦的質(zhì)量小（相對(duì)分子質(zhì)量為4），易于穿過(guò)漏孔。這樣，氦較除氫以外的其他氣體通過(guò)同一漏孔的漏率就大，容易發(fā)現(xiàn)，靈敏度高。

（3）氦是惰性氣體，不與被檢件器壁起化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)污染被檢件，使用安全。

（4）在氦兩側(cè)的離子是氫（質(zhì)荷比為2）和雙電荷原子碳（質(zhì)荷比為6），質(zhì)荷比都與氦相差較大。這樣，它們?cè)诜治銎髦械钠D(zhuǎn)半徑相差也大，容易分開，調(diào)氦峰時(shí)，不易受其他離子的干擾，因此就降低了對(duì)分析器制造精度的要求，易于加工。同時(shí)，檢漏儀的參量也調(diào)整在較佳工作狀態(tài)，這時(shí)檢漏儀能發(fā)揮其較佳的性能。同時(shí)，分析器出口電極及離子源加速極的隙縫也可以加大，使更多的氦離子通過(guò)，提高了儀器靈敏度。

（5）氦在被檢件及真空系統(tǒng)中不易被吸附，容易被抽走。這樣檢出一個(gè)漏孔可以使氦信號(hào)迅速消失以便繼續(xù)進(jìn)行檢漏，提高了儀器的檢漏效率。

氫氣有些性能（如質(zhì)量小、易通過(guò)漏孔）比氦還好，然而由于氫一方面有危險(xiǎn)，另一方面在油擴(kuò)散泵中，由于油受熱裂解會(huì)產(chǎn)生大量的碳和氫，使氫本底極高且波動(dòng)大，以致靈敏度大大降低，所以很少采用。

氦質(zhì)譜檢漏儀的可檢漏率

當(dāng)儀器處于較佳工作條件下，以一個(gè)大氣壓的純氦氣作示漏氣體進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢漏時(shí)所能檢出的小的漏孔漏率，稱為儀器小的可檢漏率，用Qmin表示。

（1）所謂較佳工作條件，是指被檢件出氣和漏氣都小，它與檢漏儀連接后不會(huì)影響檢漏儀質(zhì)譜室的正常工作，因此不需加輔助泵。同時(shí)，檢漏儀的參量也調(diào)整在較佳工作狀態(tài)，這時(shí)檢漏儀能發(fā)揮其較佳的性能。

（2）所謂動(dòng)態(tài)檢漏，是指檢漏時(shí)，檢漏儀的真空系統(tǒng)仍在對(duì)質(zhì)譜室進(jìn)行抽氣，且儀器的反應(yīng)時(shí)間不大于3s的情況。

（3）所謂小可檢，是指檢漏儀輸出儀表上可以觀察出來(lái)的微小的指示變化，即小的可檢信號(hào)。這個(gè)小的可檢信號(hào)主要受無(wú)規(guī)律起伏變化的儀器的本底噪聲和漂移所限制。本底噪聲是由于儀器各參數(shù)的不穩(wěn)定引起的，例臺(tái)電源電壓變化、真空度變化、發(fā)射電流變化、加速電壓變化、放大倍數(shù)變化、外界電磁場(chǎng)干擾等都會(huì)引起輸出儀表的不穩(wěn)定擺動(dòng)。漂移被認(rèn)為是由于電子學(xué)上的原因引起的。質(zhì)譜室殼由非磁性材料制成，內(nèi)部抽空，而外部設(shè)置成磁鐵形成磁分析器的磁場(chǎng)。如果漏入的氦氣產(chǎn)生的輸出指示的變化小于噪聲和漂移之和，就很難判斷究竟是漏氣信號(hào)還是噪聲和漂移指示，因而噪聲和漂移值也就成為能否判斷出漏氣信號(hào)的關(guān)鍵值。

氦質(zhì)譜檢漏儀的應(yīng)用

氦質(zhì)譜檢漏儀行業(yè)應(yīng)用氦質(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(shuō)應(yīng)用領(lǐng)域極其寬廣。

航空航天高科技工業(yè)

（1）例如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及姿態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，過(guò)去是打壓刷肥皂水檢漏，現(xiàn)在重新改進(jìn)工藝用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏，采用正壓吸槍與氦罩法結(jié)合，使檢漏靈敏度大大提高，從而保證了發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。火箭箭體的檢漏采用正壓吸槍、氦罩法、累集法等幾種方法的結(jié)合。氦質(zhì)譜檢測(cè)儀——示漏氣體的選擇選擇示漏氣體的原則是：它在空氣中及真空系統(tǒng)中的含量低。由于檢漏技術(shù)的應(yīng)用，提高了檢漏靈敏度，彌補(bǔ)了吸入法檢漏時(shí)儀器靈敏度低的不足。

（2）KM6空間環(huán)模裝置設(shè)備龐大，主真空室直徑12m、高22m，另外有輔助真空室和載人艙等。容積3500m3，分系統(tǒng)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種接口焊縫相加有幾千米長(zhǎng)，采用氦質(zhì)譜檢漏儀負(fù)壓檢漏，每條焊縫由檢漏盒密封，配以鋪助抽氣系統(tǒng)將盒內(nèi)抽低真空后，充入一定壓力氦氣，關(guān)閉預(yù)抽閥，開啟檢漏閥。（3）所謂小可檢，是指檢漏儀輸出儀表上可以觀察出來(lái)的微小的指示變化，即小的可檢信號(hào)。由于盒內(nèi)氦濃度較高，相對(duì)檢漏儀又有一定壓力，因此有效提高了檢漏靈敏度。

（3）航天工業(yè)中，各類閥門、電子元器件，傳感器等等都在廣泛應(yīng)用氦質(zhì)譜檢漏儀及其檢漏技術(shù)。