多种示漏气体分析仪的结构及工作原理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州物理研究所 作者:肖祥正

       对于像航天器那样的体积大、结构复杂,且具有多个分系统的被检件来说,如果采用氦质谱充压真空室检漏方法对一个个分系统检漏,不仅需要花费巨资建造大型真空容器,而且需要相当长的检漏时间。因此,提出了将航天器放在不需抽真空的常压容器中,用多种示漏气体(或者利用分系统本身的工作介质)分别充入不同的分系统,然后采用四极质谱分析的方法同时对几个甚至所有分系统进行常压检漏,这样就可以大大提高检漏的效率。

       欧洲空间技术中心为解决TD卫星以及ISEE-B卫星的检漏问题,研究了这种方法,并研制出相应的检漏仪器。为了解决航天器整体检漏问题,在借鉴国外经验的基础上,研制了一台适合常压检漏的多种示漏气体分析仪。设计要求大气环境下最小可检He和CF4的浓度为5×10-8 。最小可检Ne的浓度为5 ×10-7 。

多种示漏气体分析仪的结构及工作原理

       研制的多种示漏气体分析仪的结构原理如图1 所示。它由取样系统、四极质谱计分析系统及数据显示处理系统三部分组成。取样系统由10个采样阀、循环泵、取样阀(或小孔)、采样容器、分子泵机械泵及阀门V1,V3,V4,V5,V6,V7,V8等组成。四极质谱分析系统由四极质谱计、钛升华泵液氮冷阱、分子泵、机械泵、插板阀、旁路阀及阀门V2、V9等组成。数据显示及处理系统由一台配有专用的四极质谱计操作软件的计算机、打印机及显示器等组成。

多种示漏气体分析仪

图1  多种示漏气体分析仪结构原理图

1-充气系统;2-回收系统;3-集气容器;4-零样;5-标样1;6-标样2;7-待测1; 8-待测2;9-循环泵;10-采样容器;11-取样阀;12-分子泵;13-机械泵;14-插板阀;15-电离计;16-冷阱;17-四极质谱计;18-钛升华泵;19-打印机;20-显示器;21-计算机;22-热偶计

      将被检件(具有多个舱段的航天器或具有多个分系统的舱段) 放在一常压集气容器中。检漏时,利用充气系统对各舱段(或各分系统) 分别充入一定压力的不同示漏气体(主要是惰性气体He、Ne和氟里昂14(CF4)或其它一些在大气环境中含量较少的气体)。如果某舱段或分系统有漏,示漏气体将通过漏孔进入到集气容器中,使集气容器中的示漏气体的分压(或浓度) 增加,经过一定时间t后,集气容器中的示漏气体的分压(或浓度)就增加到一定的值。

       利用集气容器中设置的几个风扇将集气容器中的气体混合均匀。采样前,利用机械泵和分子泵将采样容器(体积为1L左右)抽一定的真空度,并启动循环泵,打开零样阀,将零样气体(采用被检件未充示漏气体前集气容器中的气体) 输运到V6 阀的前面,关循环泵,关V5、V4阀,开V6阀,将零样气体放入采样容器中,然后关V6 阀,调节取样阀的流量,使零样气体进入四极质谱计的分析室中进行分析,测出各示漏气体的本底分压值。然后关V3及零样阀,开V4及V6阀,用机械泵将采样容器及循环磁管路中的零样气体抽除后,再关V4和V6阀,打开V3、V5阀,用分子泵将采样容器抽到较高的真空度,同时再启动循环泵,开待测阀1(或待测阀2),将集气容器中混合均匀的气体输运到V6的前面,关V5阀,开V6阀,将混合气体放入采样容器中,关V6阀并通过取样阀(此时保持取样阀流量不变) 将混合气体送入四极质谱计中进行分析,测出相应的各示漏气体的分压值(Pti)。这样在t 时间内,知道示漏气体i的分压值的变化量和集气容器放置被检件后的净体积V,就可以算出装有示漏气体i的舱段(或分系统)的总漏率

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