氦質譜檢漏儀工作原理

2019-10-05 孫開磊 第二炮兵工程學院

         氦質譜檢漏方法在真空檢漏技術領域里已經得到廣泛的應用,這種方法的優點是:檢漏靈敏度高,可以檢漏到10-11Pam3/s 數量級,儀器響應快,氦分子在儀器高真空的環境中擴散的速度很高;所以氦質譜檢漏儀在許多領域里得到廣泛的應用,例如,在航空航天領域里宇宙飛船、航天飛機、火箭、衛星、飛機等這些都要用到真空檢漏技術。在一般工業領域里原子能、發電廠、配電站、合成氨的氮肥生產廠、汽車制造業、造船工業、制冷工業、冶金工業、輸氣管道、氣罐、油罐、鍋爐快餐食品包裝等都離不開檢漏問題,同樣在導彈武器裝備中也離不開檢漏,導彈彈體、燃料儲備罐、燃料運輸管道、彈頭、特殊部件的密封性都要用到氦質譜檢漏,本文主要真對氦質譜檢漏原理及方法進行綜述。

氦質譜檢漏儀工作原理

         圖1是一個典型質譜室的剖面圖,燈絲電離出來的電子經加速進入電離室,在電離室內與殘余氣體分子和經被檢件漏孔進入電(dian)離室的氦氣相互碰(peng)撞,使氦分子發(fa)生電(dian)離,He →He++e 。

質譜室工作原理

圖1  質(zhi)譜室工作原理(li)

  這些(xie)離子在加速電場(chang)的作用下進(jin)入磁場(chang),由洛倫茲力使得氦(hai)離子發生偏(pian)轉(zhuan),形(xing)成圓弧形(xing)軌道(dao),半徑公式為(wei):

 

          式中, R為離(li)(li)(li)子(zi)(zi)偏轉軌道半(ban)徑(jing); B為磁(ci)場強度(du)(du); M/Z為離(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)質量與(yu)電荷之(zhi)比; U 為離(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)加速(su)(su)電壓。由此可見(jian),當R, B為固定值(zhi)時,改變加速(su)(su)電壓,可使不同質量的(de)(de)(de)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)通過磁(ci)場和接(jie)(jie)收(shou)縫到(dao)達接(jie)(jie)收(shou)極(ji)而(er)被檢(jian)測(ce)到(dao)。如果電離(li)(li)(li)室內的(de)(de)(de)成(cheng)分是干燥大(da)氣(qi),在(zai)圖1的(de)(de)(de)出口縫處(chu)測(ce)得的(de)(de)(de)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)流強度(du)(du)的(de)(de)(de)理論峰(feng)值(zhi)如圖2(根據干燥大(da)氣(qi)成(cheng)分繪制) 所示,圖中峰(feng)值(zhi)的(de)(de)(de)高度(du)(du)代表離(li)(li)(li)子(zi)(zi)流強度(du)(du),它與(yu)氣(qi)體(ti)在(zai)電離(li)(li)(li)室的(de)(de)(de)分壓成(cheng)正(zheng)比;氦質譜檢(jian)漏儀(yi)就是利(li)用這一原理,實際上把加速(su)(su)電壓設在(zai)氦峰(feng)值(zhi)上,如圖3 所示,接(jie)(jie)收(shou)極(ji)在(zai)擋板的(de)(de)(de)作用下只(zhi)能接(jie)(jie)收(shou)到(dao)氦離(li)(li)(li)子(zi)(zi),氦離(li)(li)(li)子(zi)(zi)電流經過放大(da)后用作指(zhi)示漏率。

圖(tu)(tu)2  氦峰示意圖(tu)(tu)

 圖(tu)3  實(shi)際所選(xuan)用的氦峰示意圖(tu)