氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的一種先進(jìn)的檢漏技術(shù)。" 貯箱漏率正壓檢測(cè)方法" 是為適應(yīng)航天貯箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、漏率要求嚴(yán)格等特點(diǎn)而開發(fā)的一種氦質(zhì)譜檢漏方法。被檢容器充正壓，外部集氣容器保持常壓或抽成真空，實(shí)現(xiàn)正壓差累積法檢漏和壓力真空檢漏，消除了人為及環(huán)境因素影響，具有檢測(cè)效率高、結(jié)果精確、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)測(cè)算該檢測(cè)方法較傳統(tǒng)方法可降低成本30 %。

1、引言

　　測(cè)氦質(zhì)譜檢漏法已在科研和工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以在各種檢工況條件下實(shí)現(xiàn)泄漏率的定量檢測(cè)，而且檢漏靈敏度高、測(cè)量范圍廣，特別適用于微小泄漏率的精確測(cè)定。航天貯箱屬于精密設(shè)備，漏率要求極其嚴(yán)格，傳統(tǒng)的氦質(zhì)譜檢漏方法已不能適應(yīng)航天工業(yè)的發(fā)展，需要一種檢測(cè)效率更高，可靠性更好的檢測(cè)方法，貯箱漏率正壓檢測(cè)法就是應(yīng)這種需要而開發(fā)的。

2、貯箱漏率正壓檢測(cè)法簡(jiǎn)介

2.1、常用正壓氦質(zhì)譜檢漏方法

　　正壓氦質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)是正在興起的檢測(cè)方法，包括吸槍法、氣罩積分法、正壓差累積法和壓力真空法，見圖1。采用吸槍法和氣罩積分法時(shí)，氦氣通過漏孔從高壓向大氣泄漏;正壓差累積法則是氦氣從高壓向低壓側(cè)泄漏;而壓力真空法則是從高壓向真空泄漏。吸槍法和氣罩積分法在國(guó)內(nèi)已有使用，其特點(diǎn)是不需專用裝置、機(jī)動(dòng)靈活，但對(duì)操作者有較高的要求，易受人為因素及環(huán)境因素的影響，精度受到限制。正壓差累積法及壓力真空法受外界因素影響小，檢測(cè)方便，易于掌握，具有精度高、檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定、可靠性強(qiáng)、檢測(cè)效率高等特點(diǎn)，因而備受關(guān)注，但其需要專用設(shè)備。

圖1 氦質(zhì)譜正壓檢漏法示意圖

2.2、貯箱正壓檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)流程

　　圖2是貯箱正壓漏率檢測(cè)系統(tǒng)圖。整個(gè)系統(tǒng)由集氣容器、真空機(jī)組、貯箱加氣系統(tǒng)、貯箱載入機(jī)構(gòu)、承架、電控系統(tǒng)、檢漏系統(tǒng)等部分組成，檢漏時(shí)采用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)，本系統(tǒng)適用于衛(wèi)星燃料貯箱、低溫氣瓶等產(chǎn)品的總漏率的檢測(cè)。

圖2 貯箱漏率正壓檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

　　該系統(tǒng)模擬貯箱的空間環(huán)境，將受檢貯箱穩(wěn)定地放在承載架上并由減震載入機(jī)構(gòu)送入處于真空狀態(tài)的集氣容器內(nèi)，集氣容器由真空系統(tǒng)抽成真空，使貯箱外部形成真空環(huán)境。氦氣與氮?dú)獍幢壤�由加氣系統(tǒng)充入貯箱內(nèi)部，使貯箱內(nèi)部形成正壓;當(dāng)氣瓶?jī)?nèi)壓力低時(shí)，可啟動(dòng)氣泵壓入，充入氣體由過濾器過濾。由于貯箱內(nèi)外壓力差以及氦氣的滲透能力強(qiáng)，貯箱內(nèi)的氦氣經(jīng)漏孔滲漏到集氣容器內(nèi)，集氣容器為封閉的真空狀態(tài)，滲漏入的氦氣被收集累積，并由風(fēng)扇均勻化，能真實(shí)地反映貯箱的總漏率。檢漏儀需預(yù)先校驗(yàn)，調(diào)整到需要的最小可檢漏率，通過吸槍或真空管路從集氣容器中進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)漏率檢測(cè)。集氣容器作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其作用有三：①抽真空模擬了貯箱的空間環(huán)境；②收集滲漏氦氣，消除了人為及環(huán)境因素的影響，反映貯箱的真實(shí)漏率；③一旦貯箱破裂，能起到安全保護(hù)作用。

2.3、檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

　　將處于常壓狀態(tài)下的貯箱放入集氣容器內(nèi)，讓容器處于常壓密封狀態(tài)或真空狀態(tài)，同時(shí)打開漏率為Q0的正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行累積定時(shí)取樣記錄檢漏儀的輸出數(shù)據(jù)，讀取正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔經(jīng)過t1 時(shí)間的累積后，檢漏儀輸出指示變化為△I0 。當(dāng)貯箱充入一定濃度和壓力的氦氣后，貯箱壁上如有漏孔，示漏氣體氦通過漏孔，在集氣容器中進(jìn)行積累，集氣容器中的氦分壓隨時(shí)間而上升。當(dāng)累積t2 后，從集氣容器進(jìn)行采樣，并送入質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行測(cè)試，讀取檢漏儀輸出指示的變化值△IV ，通過公式(1) 就可確定被檢貯箱的漏率值。

　　式中，Q 為被檢貯箱漏率(Pa ·m³ / s)；Q0 為正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏率值(Pa ·m³ / s)；△I0 為正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔累積t1 時(shí)間后檢漏儀的輸出指示變化值(格或毫伏mV)；△IV 為貯箱充入示漏氣體，累積t2 時(shí)間后檢漏儀的輸出變化值(格或毫伏mV)；t1 為正壓標(biāo)準(zhǔn)漏孔累積時(shí)間( s)；t2 為貯箱累積時(shí)間( s) ;γ為示漏氣體的濃度。

3、主要技術(shù)特點(diǎn)說明

　�、僭撓到y(tǒng)模擬貯箱在空間的實(shí)際使用條件- - 內(nèi)部帶壓，外部真空，即所謂的壓力真空檢漏，或內(nèi)部帶壓，外部常壓或低壓，形成正壓差累積檢漏，檢測(cè)快捷，結(jié)果真實(shí)。②應(yīng)用封閉的加氣系統(tǒng)及真空集氣容器使檢漏氣體的加注、收集、均化、檢測(cè)等環(huán)節(jié)不受人為因素及環(huán)境的干擾，檢測(cè)精度高。③采用磁傳動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)，變動(dòng)密封為靜密封，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，密封可靠，滲漏小。④采用分子泵機(jī)組，減少了返油對(duì)檢漏的影響，配用較大的機(jī)械泵，縮短了預(yù)抽時(shí)間，提高了檢測(cè)效率。⑤采用兩級(jí)減震解決了貯箱的平穩(wěn)載入、承載問題。

4、性能試驗(yàn)

4.1、試驗(yàn)結(jié)果

　　真空度測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 　真空度測(cè)試結(jié)果

　　集氣容器進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，檢漏儀靈敏度調(diào)到1. 6 ×10^{- 9} Pa ·m³ / s ，未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。

4.2、結(jié)果分析

　�、�機(jī)械泵預(yù)抽快，15 分鐘即可將容器抽到1Pa ，達(dá)到檢漏所需的真空度要求。②在壓力為1Pa 下打開分子泵，經(jīng)過20 分鐘后壓力可降到1. 5 ×10 ^-2 Pa ，但從1. 5 ×10 ^-2 Pa 降到1. 4 ×10 ^-2 Pa 需要一個(gè)半小時(shí)，故系統(tǒng)的實(shí)測(cè)極限真空度可設(shè)定為1. 5 ×10 ^-2 Pa 。③根據(jù)氦質(zhì)譜檢漏情況，并考慮氦濃度及抽空分流，集氣容器的總漏率將小于1. 6 ×10 ^-6 Pa ·m³ / s。④初步測(cè)算具有標(biāo)準(zhǔn)化的加氣配氣系統(tǒng)與目前采用的單一工質(zhì)(氦) 可降低30 %的檢漏成本。

5、結(jié)語

　　經(jīng)實(shí)踐使用證明，與其它形式的氣體泄漏檢測(cè)方法相比，該檢漏方法消除了人為及環(huán)境因素對(duì)檢測(cè)的影響，具有檢測(cè)快捷、結(jié)果真實(shí)、精度高、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了貯箱的總漏率檢測(cè)問題。該檢漏方法也可用于低溫氣瓶、LNG車用氣瓶、壓力氣瓶、閥門等民用設(shè)備的高精度檢漏。作為一種先進(jìn)的檢漏方法，將在航天及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。