氦质谱检漏仪的灵敏度

２００６年９月　高　能　量　密　度　物　理　第３期　氦质谱检漏仪的灵敏度　王利鸣，王敏鸿　（中国工程物理研究院流体物理研究所１０６室，四川绵阳　６２１９００）　摘　要：叙述了影响氦质谱检漏仪灵敏度的相关因素，对不同工况条件下，如何提高检漏灵敏　度进行系统分析．并结合实际工作经验，提出了几种常用的氦质谱检漏方法。　关键词：氦质谱检漏仪；灵敏度；仪器噪声；漏率　１　引　言　在检漏过程中，经常碰到关于氦质谱检漏仪（简称检漏仪）的灵敏度问题。检漏仪的灵敏　度主要包括仪器灵敏度和分压比灵敏度［１］，二者既有一定的联系又有本质的区别，它们是表征　检漏仪性能的最主要指标。对于检漏者而言，选择合适的仪器与检漏方法的最终目的是要达　到一定的检漏灵敏度。　２检漏仪灵敏度　仪器灵敏度又称仪器的最小可检漏率，是指检漏仪处于最佳工作条件下（被检件出气很少　且没有大漏、被检件不带任何负载、检漏仪本身的工作参数调整到最佳工作状态），以一个标准　大气压的纯氦气为示漏气体，动态检漏所能检出的最小漏率。　最小漏率是指从仪表上可以观察到的最小变化。变化主要受外电源电压波动、真空度变　化、发射电流变化及外磁场干扰等无规律起伏变化的噪声所限制。如果漏入的氦气使仪表输　出的变化值小于噪声，就很难判断是漏气信号还是噪声。　仪器灵敏度通常用Ｑ　［２　表示　Ｑｍｉ　一　Ｊ——ｌｏ　Ｐｏ孕！　Ｑｏ　（１）　式中：Ｎ为系数（一般Ｎ一２）；Ｊ　为检漏仪的噪声值；Ｊ为标准漏孔在仪器上的反应值；Ｊ。为检　漏仪输出的本底值；Ｐｎ。为标准漏孔进气端氦压力；Ｐ。为标准大气压；Ｑｏ为标准漏孔的标称　值。　分压比灵敏度是指在检漏仪质谱室处于工作压力下，仪器可检出的氦分压比的最小变化　量，通常也称最小可检分压比，常用Ｔｒａｉｎ［　表示　Ｔｒａｉｎ一　一　＿Ｊ　ＱｏＡ，　ｒ　（２）（Ｚ）　Ｊ——Ｊ　０　Ｐｏ　其中，△ｒ为质谱室中氦的分压比增量。　在具体的检漏条件下所能达到的灵敏度称作检漏灵敏度。选择什么样的检漏仪器和检漏　方法，要依据实验要求的检漏灵敏度而定。通常，影响检漏灵敏度的因素有仪器灵敏度、被检　件、辅助真空系统、检漏时间等。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　王利鸣等：氦质谱检漏仪的灵敏度　１２５　３影响检漏灵敏度的因素　３．１　检漏仪的位置　检漏仪在辅助真空系统中的位置直接影响检漏仪的输出指示，即直接影响检漏灵敏度。　检漏仪接在高真空侧时，若忽略氦通过漏孔的时间和检漏仪反应时间，同时设定检漏时间　足够长，系统检漏趋于稳定状态，此时检漏灵敏度Ｑ　可表示为　一Ｃ　ＱＬｌ巾ｉ　一Ｑ　ｉ　．）；Ｈ　．（３）　式中：　为高真空处对氦和对空气的抽速比（用扩散泵作次级泵时川一１．６）；Ｓ为高真空处对　空气的有效抽速；Ｓ　。为检漏仪支路对氦的抽速。　从公式（３）可以看出，检漏灵敏度与仪器灵敏度和仪器进气口处的分流比，　／Ｓ．．Ｈ。有关。　如果关闭辅助真空系统，只用检漏仪自身的真空系统抽气（Ｓ—Ｓ．．Ｈ　），检漏灵敏度等于仪器　灵敏度。这是最能充分发挥氦质谱检漏仪灵敏度的最佳检漏工况。在实际检漏中，小型且小　漏的清洁被检件容易实现最佳检漏工况。在其他情况下，可用调节分流比．Ｓ／Ｓ．．Ｈ　来提高检　漏灵敏度。　当检漏仪接在前级真空侧时，若忽略氦通过漏孔的时间和检漏仪反应时间，同时设定检漏　时间足够长，系统检漏趋于稳定状态，此时的检漏灵敏度Ｑ　ｉ　可表示为　一Ｃ　ＱＬ　一（２巾ｉ　ｔｔｂＯ—ｂ　Ｉ）ＩＨ　．（４）　式中：　为前级真空处对氦和对空气的抽速比；Ｓ　为前级真空处对空气的有效抽速。公式（４）　反映出检漏灵敏度只与仪器灵敏度和仪器进气口处的分流比有关。　３．２　反应时间与清除时间　检漏时间主要受仪器自身的反应时间ｒｒ和清除时间ｒ　决定。一般认定ｒｒ—ｒ　一Ｖ／．Ｓ，　其中，Ｖ为检漏系统高真空部分的容积。根据经验，以３ｒｒ作为施加氦的时间（即探索时间）就　足以判定是否有漏孔及其漏率，以３ｒｃ作为清除检漏系统中的氦气的时间，完全可以认为氦气　已清除干净。　综上所述，当检漏仪接在高真空侧时，前级泵参数对检漏灵敏度、反应时间和清除时间均　无影响，次级泵参数是主要影响因素；当检漏仪接在前级真空侧时，在Ｖ／Ｓ远大于Ｓ　的条件　下，前级泵参数对反应时间和清除时间基本上无影响，只影响检漏灵敏度。ｒｒ和ｒｃ只取决于　和Ｓ，由于Ｓ一般较大，次级泵缩短了检漏时间。在稳定状态下，次级泵不影响前级真空侧　的检漏灵敏度。　３．３　辅助真空系统　辅助真空系统的作用包括对被检件预抽，分流气体（保证检漏仪工作真空度），减少反应时　间和清除时间以及影响检漏灵敏度。对于体积小，出气和漏气都小的被检件，可直接与检漏仪　连接进行检漏，无须设置辅助真空系统。如果被检件批量较大，为节省检漏时间，提高检漏效　率，保持检漏仪灵敏度的稳定性，设置辅助真空系统还是必要的。氦检漏仪接在辅助真空系统　中的位置一般遵循进入检漏仪的氦分压高、反应时间和清除时间短、被检件对检漏仪污染小和　检漏灵敏度要高的原则。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１２６　高能量密度物逋　２００６年９月　４常用的氦质谱检漏方法　检测漏孔和漏率的方法很多，选择合适的仪器和检漏方法以满足需要的检漏灵敏度和速　度，是检漏工作者必须考虑的问题，结合实际工作，介绍几种常用的氦质谱检漏方法。　４．１　喷吹法　喷吹法是一种最常用、最方便的氦质谱检　漏方法，装置如图１所示。检漏时先预抽被检　件，调整检漏仪使其处于正常工作状态；然后打　开检漏仪的节流阀，连通被检件和检漏仪，调整　检漏仪处于待检状态；用喷枪（或喷嘴）在怀疑　漏孔处喷吹氦气。如果喷吹时间足够长，检漏　仪将指示是否存在漏孔及漏孔漏率。检漏时，　图１　喷吹法　喷吹示漏气体时间要适当，太短，检漏灵敏度　低，太长，检漏效率低。　应注意：（１）由于氦气轻，喷吹检漏时，应从　被检件上方开始检漏，逐渐向被检件下方移动　喷枪；由靠近检漏仪处逐渐移至远处；先用大气　流粗检找出漏孔所在区域后，再用小气流精检　找出漏孔的确切位置。（２）当存在两个相距很　近的可疑漏孔时，应注意喷枪喷出氦气的气流　方向（或盖住一个漏孔点）。（３）检出的漏孔应　复查。（４）检漏场地要有良好的通风条件，但不　得影响喷枪喷出氦气的流动方向。　４．２氮罩法　图２氦罩法　氦罩法是用一个检漏罩将被检件的整体或　局部罩起来，检漏时先将罩内空气抽净，然后充　图３检漏盒法　人示漏气体，以检漏仪输出信号表征漏孔的存在和被罩部位的总漏率，装置如图２所示。　检漏罩可用塑料薄膜制成，也可用其它材料制成专用的刚性较好的检漏罩，使充人氦气压　力高于大气压，提高检漏灵敏度。　若确定漏孔的位置，可再用喷吹法再进一步检漏。如果检漏罩容积较大，应当回收罩内氦　气，否则必须解决好检漏场地的通风问题，以便降低空气中氦的分压。　４．３　检漏盒法　在对尚未构成容器的焊接件的焊缝进行检漏时，一般采用检漏盒法检漏，如图３所示。检　漏盒是特制的能与被检件表面吻合很好的刚性盒体。检漏时，将检漏盒罩在可疑部位上，用辅　助泵抽气使该盒与被检件表面密合。调整检漏仪，使其处于工作状态。在检漏盒所罩部位背　面施加氦气，根据检漏仪输出信号可以判定漏孔位置及漏率。检漏灵敏度可用标准漏孔值比　较得到。　设计检漏盒时应注意满足：抽真空使盒内气压能至几十帕；盒与被检件密封可靠、扣罩方　便；盒的形状与尺寸要尽可能适用于多种焊缝。　（下转第１３２页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

１３２　高能量密度物理　２００６年９月　＃ｋｉｌｌ一９　ｘｘｘ／／ｘｘｘ是需要删除的死进程号。　如果删除不了，应该及时通知系统管理员处理，否则，死进程会造成机群系统性能下降。　４　结束语　使用高性能计算机的目的就是获取高性能。要实现高性能，除了与机器硬件性能、系统环　境设置、高效管理有关，还与并行算法或并行程序是否高性能有关，是一个复杂、不断调整和改　进的过程。文中介绍的网络机群系统的安全配置和管理方法是作者的一点经验和体会，旨在　与同行交流，共同提高。　参考文献：　［１］陈国良．并行计算机体系结构．北京：高等教育出版社．２００２年．　［２］　海　阳．ＤＡＳ、ＮＡＳ、ＳＡＮ：适用于中小企业的存储方案．赛迪网一中国计算机用户．２００４—６—９．　［３］Ｄａｖｉｄ　Ａ　Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ，Ｇａｒｔｈ　Ｇｉｂｓｏｎ．Ｒａｎｄｙ　Ｈ　Ｋａｔｚ．Ａ　ｃａｓｅ　ｆｏｒ　ＲｅｄＵｎｄａｎｔ　Ａｒｒａｙｓ　ｏｆ　Ｉｎｄｅｘｐｅｎｓｉｖｅ　Ｄｉｓｋ　（ＲＡＩＤ）．ＡＣＭ　ＳＩＧＭ０Ｄ．１９８８．　［４］马听炜．Ｌｉｎｕｘ系统管理员手册．北京：希望电子出版社．２００５年．　Ｉｓ］Ｍａｒｋ　Ｇ　Ｓｏｂｅｌ１．Ｒｅｄ　Ｈａｔ　Ｌｉｎｕｘ实用指南．北京：电子工业出版社，２００４年．　毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋　毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋毋稚毋毋毋毋毋毋毋毋　（上接第１２６页）　４．４　逆流氦检漏法　来自被检件的氦气由前级真空侧进入真空系统，然后逆其主泵气流方向到达高真空侧的　质谱室的方式进行检漏的方法称作逆流氦质谱检漏法。检漏灵敏度主要取决于主泵对氦的压　缩比，压缩比越小，对其他气体压缩比越大，检漏灵敏度越高。逆流法检漏的仪器灵敏度比相　同功率下顺流法检漏的仪器灵敏度高几倍至几十倍。　５　结　语　在实际检漏过程中选择合适的仪器及检漏方法可降低检漏成本，提高检漏灵敏度。根据　系统真空条件以及工况大小与结构，选择合适的氦质谱检漏方法，可确保不同类型被检件的检　漏灵敏度要求。　参考文献：　［１］周永安．等．真空测量与检漏．北京：科学出版社．１９９７．　［２］达道安．等．真空设计手册．北京：国防工业出版社。２００４．