密封器件压氦和预充氦细检漏过程中环境氦分压的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州空间技术物理研究所 作者:薛大同

  分别推导和分析了环境大气氦分压对压氦法的影响,地球干洁大气氦分压对预充氦法和预充氦密封器件压氦法复检的影响。证明对于压氦法,不需要考虑地球干洁大气氦分压的影响。但是如果候检室环境大气氦分压显著升高,对于内腔有效容积大,且等效标准漏率小的密封器件,会加大测量漏率值,所以压氦后,被检器件应尽快离开压氦设备所在的房间。对于预充氦法,地球干洁大气氦分压会使测量漏率通过极大值后出现极小值,且当候检时间与内腔有效容积之比大于100 h/cm3 时,极小值点的气流仍处于分子流状态,不能靠粗检鉴别,所以需压氦法复检加粗检,才能防止漏检。另外,地球干洁大气氦分压会使预充氦法候检时间的第一特征点变大,从而扩大了需压氦法复检加粗检的范围,但第二特征点不变,也不影响压氦法复检加粗检的结果。

  密封器件的氦质谱细检漏技术细分为压氦法(即背压法) 和预充氦法两种。D A Howl 等首先给出了压氦法测量漏率Re 与等效标准漏率L 的关系,并指出该关系对应的气流状态为分子流,文献指出将压氦法测量漏率与等效标准漏率关系式中第一个括号删掉,就得到预充氦法的相应关系式。无论是压氦法还是预充氦法,在公式推导中都假定候检期间环境大气中不存在氦分压。然而,实际上地球干洁大气中含有少量氦气;压氦时通常会产生检漏用氦气对环境大气的污染,使环境氦分压超过地球干洁大气中的氦分压。因此,推导和分析环境大气中氦分压对压氦法和预充氦法的影响是十分必要的。

1、环境氦分压对压氦法的影响

  为了得到环境大气中氦分压对压氦法的影响,有必要从真空系统的抽气方程出发,按压氦法的步骤,重新推导Re 与L 的关系。

(1) 压氦结束后密封器件内部的氦分压

  分子流下,可以只考虑所关心气体的分压力。所以,对于腔内原本不含氦气的密封器件,不论腔内是否含有其他气体,压氦结束后密封器件内部的氦分压为

压氦结束后密封器件内部的氦分压

  式中,pt1 为压氦结束后密封器件内部的氦分压,pe为压氦期间密封器件外部( 即压氦箱内) 的氦气绝对压力,UHe为密封器件漏孔对氦气的的流导,V 为密封器件内腔的有效容积,t 1为压氦时间。p t1不受环境大气中氦分压的影响。

(2) 检漏前密封器件内腔的氦分压

  顾及到候检环境大气中氦分压的影响时,候检期间密封器件漏孔的漏率为

检漏前密封器件内腔的氦分压

  式中,qHe为候检期间密封器件漏孔对氦气的漏率,pHe为候检期间密封器件内腔的氦分压,p He,0为候检环境大气中的氦分压。

  将式(2) 代入真空系统的抽气方程,得到

检漏前密封器件内腔的氦分压

  式中,pt2e为压氦法检漏前密封器件内腔的氦分压,t 2e为压氦法的候检时间。

(3) 检漏时氦气经过漏孔的测量漏率

  由于检漏时密封器件处于真空环境中,分子流下,氦气经过漏孔的测量漏率为

检漏时氦气经过漏孔的测量漏率

结论

  (1) 对于压氦法,不需要考虑地球干洁大气氦分压的影响。但是如果候检环境大气氦分压显著升高,对于内腔有效容积大,且等效标准漏率小的密封器件,会加大测量漏率值,所以压氦结束后,被检器件应尽快离开压氦设备所在的房间。

  (2) 对于预充氦法,地球干洁大气氦分压会使测量漏率通过极大值后出现极小值,且当候检时间与内腔有效容积之比大于100 h/ cm3 时,极小值点仍处于分子流范围,不能靠粗检法鉴别,所以需辅以压氦法复检,才能防止漏检。

  (3) 地球干洁大气氦分压会使预充氦法候检时间的第一特征点变大,从而扩大了需要辅以压氦法复检的范围,但第二特征点不变,也不影响压氦法复检的结果。

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