原工質(zhì)檢漏方法原理及分類

　　原工質(zhì)檢漏是利用被檢件內(nèi)部填充的工作介質(zhì)作為示漏氣體，實(shí)現(xiàn)被檢件漏率測量的一種方法。當(dāng)采用原工質(zhì)檢漏時(shí)，被檢件內(nèi)部在檢測前已經(jīng)填充了示漏氣體，不需要額外的充壓設(shè)備。如果被檢件有漏孔存在，被檢件內(nèi)部的示漏氣體就會通過漏孔泄漏到被檢件所處的周圍環(huán)境中，采用大氣取樣或真空收集的方式將泄漏出來的氣體引入到測量傳感器內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)被檢件泄漏檢測，經(jīng)常使用的傳感器是質(zhì)譜計(jì)。

　　原工質(zhì)檢漏一般適用于無法采用氦質(zhì)譜檢漏法或壓力變化檢漏法的場合，在航天產(chǎn)品領(lǐng)域，原工質(zhì)檢漏方法主要應(yīng)用于發(fā)射場衛(wèi)星推進(jìn)劑、火箭共底危險(xiǎn)氣體、鎳氫蓄電池和空間站艙外氣體泄漏檢測等場合，但是隨著航天工業(yè)的發(fā)展，真空技術(shù)網(wǎng)(www.13house.cn)有理由相信原工質(zhì)檢漏方法的應(yīng)用也將越來越廣泛。

衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測方法

　　衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測主要采用質(zhì)譜計(jì)和化學(xué)檢測管聯(lián)用的方法對空氣中甲基肼、無水肼、四氧化二氮進(jìn)行檢測。檢測系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。測量時(shí)，利用取樣泵的抽氣能力將遠(yuǎn)端的氣體引到檢測系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)入檢測系統(tǒng)的氣體可以部分進(jìn)入化學(xué)檢測管實(shí)現(xiàn)大泄漏量定期測量部分氣體進(jìn)入質(zhì)譜室，實(shí)現(xiàn)微小泄漏量連續(xù)測量。

圖3 衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　此外，為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用TLD -1型有毒氣體檢測儀對衛(wèi)星周圍環(huán)境及星內(nèi)進(jìn)行定期檢測。該儀器采用化學(xué)紙帶和光比色相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)漏率的精確測量，檢測靈敏度可以達(dá)到20 ppb 量級。

火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測方法

　　火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測采用β-FD 型放射電離規(guī)( 簡稱β 規(guī)) 進(jìn)行總壓力測量和質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行分壓力測量相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示，主要由氣體成分分析裝置、抽空裝置和壓力測量裝置組成。其中，壓力測量裝置用于共底內(nèi)壓力總壓力測量，核心部件是一臺只β 規(guī)。氣體成分分析裝置用于對共底內(nèi)氫、氧濃度進(jìn)行監(jiān)測，其核心部件為一臺質(zhì)譜計(jì)。抽空裝置用于共底的抽空和氣體取樣。當(dāng)共底內(nèi)氫濃度和總壓力達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí)系統(tǒng)給出報(bào)警信號，從而實(shí)現(xiàn)火箭低溫級共底的安全監(jiān)測�；鸺�共底安全監(jiān)測系統(tǒng)是火箭發(fā)射場工作的標(biāo)配儀器之一，已經(jīng)應(yīng)用于歷次發(fā)射場火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測工作，準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

圖4 共底安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

鎳氫蓄電池泄漏檢測方法

　　鎳氫蓄電池檢測采用類似氦質(zhì)譜真空壓力法實(shí)現(xiàn)鎳氫蓄電池的泄漏量測量，測量傳感器為質(zhì)譜計(jì)。測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示，主要由質(zhì)譜分析部分和樣品檢測部分組成。當(dāng)檢測時(shí)，鎳氫蓄電池放置在檢漏室內(nèi)，由于鎳氫蓄電池結(jié)構(gòu)為全密封金屬罐體結(jié)構(gòu)，罐內(nèi)裝有工作介質(zhì)和氫氣，在電池不充電情況下，電池內(nèi)氫氣壓力約為常壓( 0.1 MPa) ，當(dāng)電池充滿電時(shí)，電池內(nèi)氫氣壓力會上升至數(shù)個(gè)MPa，如果電池罐體有泄漏，充電前后氫氣泄漏量會明顯上升，通過比較充電前后質(zhì)譜室內(nèi)氫氣分壓力的變化量實(shí)現(xiàn)氫泄漏量測量。

圖5 鎳氫蓄電池檢漏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　鎳氫電池檢漏工作起初是為了開展長壽命通信衛(wèi)星研制工作的需要，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類深空探測航天器的鎳氫蓄電池研制工作中，是評價(jià)鎳氫蓄電池在軌工作壽命的關(guān)鍵手段之一。

空間站艙外氣體泄漏檢測方法

　　空間站艙外氣體泄漏檢測方法主要是利用空間站在軌運(yùn)行的太空屬于高真空條件，當(dāng)艙體發(fā)生泄漏時(shí)，會導(dǎo)致漏孔周圍空間的壓力會上升，從而實(shí)現(xiàn)漏率測量。目前成功應(yīng)用的方法主要有指向規(guī)法和質(zhì)譜計(jì)法，其中指向規(guī)法采用高靈敏度真空規(guī)實(shí)現(xiàn)空間站周圍氣體總壓力的測量，通過比較測量點(diǎn)壓力與空間艙外周圍空間壓力的差別實(shí)現(xiàn)漏率測量; 采用質(zhì)譜計(jì)的分壓力測量原理，通過測量漏孔周圍某種特質(zhì)氣體的分壓力變化情況實(shí)現(xiàn)泄漏量測量。

　　在指向規(guī)法檢漏方面，上個(gè)世紀(jì)70 年代，NASA 馬歇爾空間飛行中心( MSFC) 開展了用于空間環(huán)境下使用的指向規(guī)檢漏儀研制工作，所研制的檢漏儀原打算用于空間站和航天器的艙外在軌檢漏工作。俄羅斯研制了一種雙探頭指向規(guī)式手持艙外檢漏儀，從1993 年開始在“和平號”空間站上進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，1998 年“和平號”空間站因撞擊發(fā)生泄漏時(shí)，該儀器用于在軌泄漏位置的探測。在質(zhì)譜計(jì)檢漏方面，NASA 已研制成功一種名叫微量氣體分析儀( Trace Gas Analyzer-TGA) 的儀器，用于空間站宇航員出艙活動過程中的泄漏檢測工作，能實(shí)現(xiàn)空間站艙外冷卻系統(tǒng)氦泄漏、推進(jìn)劑泄漏、空間站密封艙體泄漏等檢測工作。該儀器的關(guān)鍵部件是一臺微型四極質(zhì)譜計(jì)，能實(shí)現(xiàn)氨、肼、氮和氧等氣體的分壓力測量。目前，TGA 檢漏儀被放置在空間站內(nèi)，處于待命狀態(tài)。