四极质谱计用于检漏的工作原理

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

         检漏是真空工程中的一项重要任务, 需要判断漏孔的有无、确定漏孔的位置和标定漏孔的大小。通常采用的检漏方法是将氦质谱检漏仪连接到真空容器抽气系统的前级或高真空一侧, 用示漏气体喷可能泄漏的位置, 通过检漏仪的读数变化确定是否泄漏及漏率大小。随着质谱技术的发展, 四极质谱计用于检漏越来越显示出其优越性。四极质谱计比普通检漏仪有更高的灵敏度、更大的分辨本领, 而且具有体积小、重量轻、价格便宜等诸多优点, 将在真空检漏领域发挥更大的作用。

        我们应用两台四极质谱计分别对超高和极高真空系统进行了检漏实验, 取得了满意的实验结果。实践证明, 这是一种非常有效的检漏手段。

四极质谱计的检漏原理

        设真空容器的体积为V , 抽速为S , 则容器内压力p随时间的变化遵从(1)式

  Q 值包括真空系统漏孔的总漏率和材料出气等虚漏的总漏率。当示漏气体流入真空容器内并达到平衡时, 可近似认为Q与时间无关,S与压强无关,解微分方程式(1)得到  

 

      式中: S=V/S是时间常数; p0是稳态后t=0时容器中的压力值。

        可见, 示漏气体产生的流量将在真空容器内形成分压力P ′, 用四极质谱计测量其离子流, 可以判断是否有漏孔的存在。用氦气做为检漏气体(采用喷吹法) , 使用一支标准漏孔通过比对的方法可以计算出漏孔的漏率Ql, 用公式(3)计算

 

        式中 I0——真空容器氦气本底离子流,A

                 Il——漏孔漏入真空容器的氦气离子流,A

                Is——标准漏孔漏入真空容器的氦气离子流,A

                Qs——标准漏孔漏率, Pa·m3/s

                D ——测定或估计出的漏孔周围氦气浓度, %

         采用喷吹法时, 漏孔周围氦气浓度无法准确测定, 只能根据经验估计。常用的方法是,D取1, Il取检漏时出现的最大离子流值, 此时用(3)式计算的漏率仅为估计值。检漏的目的是找到并堵住漏孔, 无法精确计算漏孔漏率并不影响检漏的有效性。

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