四极质谱计泄漏检测具体应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空低温技术与物理国家级重点实验室 作者:

1、火箭共底泄漏检测

        在火箭燃料加注过程中,为了保证人员及火箭安全,必须对共底氢、氧浓度及其泄漏进行实时有效检测和监测,否则一旦出现泄漏,可能会造成氢、氧混合而引发爆炸事故。利用抽空管道及质谱进样分析技术,结合四极质谱计对分压力测量功能即可实现远程及实时监测。在实际应用中,采用四极质谱计进行氢浓度测量。压电晶体阀将共底气体引入真空室,质谱计按气体分子不同的质荷比进行分离,以质谱形式传递给计算机。计算机根据扫描电压确定气体成分,根据谱峰强度计算气体浓度。由此判断火箭共底是否存在泄漏并判定漏率大小,以确保火箭、卫星及人员等的安全。

2、卫星推进剂泄漏检测

        目前卫星常用的推进剂燃料主要有单组元无水肼(N2H4)和双组元推进剂甲基肼(MMH)、四氧化二氮(MON-1)。这些物质都属于对人体有害的剧毒物质,需要对其泄漏进行实时检测和监测。在卫星推进系统燃料加注中及发射前卫星在技术阵地和发射阵地的停放期间内,必须对卫星内部和卫星周围环境进行推进剂危险气体浓度检测。通过对空气中微量的推进剂浓度测量,确定推进剂是否泄漏、泄漏位置及泄漏程度,当推进剂气体浓度达到设定阈值时,能及时准确报警。

       推进剂泄漏检测和监测是一项十分复杂的技术,其特殊要求如下:

     (1)检测对象复杂,多成分同时检测。要求监测仪器具有较高的鉴别能力,进行多组分同时检测时,互不干扰,防止由于环境干扰而产生误报。

     (2)快速的响应时间。要求检测仪器能对泄漏的发生快速响应,及时预警并采取预防措施,防止事故的扩大。

     (3)灵敏度高,浓度范围宽。要求仪器对微量泄漏也能及时有效地进行检测,灵敏度要高,同时应能满足各个浓度范围的检测能力。

     (4)稳定可靠,适应于卫星发射环境和特殊要求。要求仪器满足卫星技术阵地和发射阵地的环境要求,工作稳定可靠。

       针对上述特殊要求并和其他检测方法进行比较,普遍认为采用四极质谱计对其进行监测是一种理想的检测方法。该方法具有灵敏度高、鉴别能力强、快速响应、多组分同时检测等特点,特别适合于大型航天器多种推进剂同时存在的环境中危险气体的检测。

3、星用镍-氢蓄电池氢工质漏率检测

        Ni-H2 蓄电池是卫星、飞船等航天器上重要的能源部件,其结构为全密封金属罐体结构。罐内装有工作介质氢气。当电池满电荷工作时,电池内氢压力可高达4.8 MPa。因此电池罐内氢气如果以一定的漏率向外泄漏,造成的影响一方面是减少电池的使用寿命,另一方面是氢气的泄漏有可能引起燃烧或爆炸。为了确保航天器的质量,提高寿命和安全,必须对Ni-H2 蓄电池氢工质漏率进行检测。

         星用Ni-H2 蓄电池氢工质漏率检测的难点在于泄漏工质为氢气,而且其漏率指标为1×10-7 Pa·m3/s,采用一般的磁偏转检漏仪难以满足检漏的要求,必须采取其他方法对其进行检测。利用四极质谱计多离子流模式对氢离子流进行检测,并和标准漏孔加以比对,即可计算得到Ni-H2 蓄电池氢工质泄漏数据。这已在实际检测中取得了良好的效果。

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