氦質(zhì)譜檢漏儀工作原理與結(jié)構(gòu)和性能試驗方法

2008-11-05 鬼馬 真空技術(shù)網(wǎng)整理

  氮質(zhì)譜檢漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用于檢漏的儀器,它具有性能穩(wěn)定、靈敏度高的特點。是真空檢漏技術(shù)中靈敏度最高,用得最普遍的檢漏儀器。

  氦質(zhì)譜檢漏儀是磁偏轉(zhuǎn)型的質(zhì)譜分析計。單級磁偏轉(zhuǎn)型儀器靈敏度為10-9~10-12Pam3/s,廣泛地用于各種真空系統(tǒng)及零部件的檢漏。雙級串聯(lián)磁偏轉(zhuǎn)型儀器與單級磁偏轉(zhuǎn)型儀器相比較,本底噪聲顯著減小.其靈敏度可達10-14~10-15Pam3/s,適用于超高真空系統(tǒng)、零部件及元器件的檢漏。逆流氦質(zhì)譜檢漏儀改變了常規(guī)型儀器的結(jié)構(gòu)布局,被檢件置于檢漏儀主抽泵的前級部位,因此具有可在高壓力下檢漏、不用液氮及質(zhì)譜室污染小等特點.適用于大漏率、真空衛(wèi)生較差的真空系統(tǒng)的檢漏,其靈敏度可達10-12Pam3/s。

(1)氦質(zhì)譜檢漏儀工作原理與結(jié)構(gòu)

    氦質(zhì)譜檢漏儀由離子源、分析器、收集器、冷陰極電離規(guī)組成的質(zhì)譜室和抽氣系統(tǒng)及電氣部分等組成。

①單級磁偏轉(zhuǎn)型氦質(zhì)譜檢漏儀

  現(xiàn)以HZJ—l型儀器為例.介紹單級磁偏轉(zhuǎn)型氦質(zhì)譜檢漏儀。

  在質(zhì)譜室內(nèi)有:由燈絲、離化室、離子加速極組成離子源;由外加均勻磁場、擋板及出口縫隙組成分析器;由抑制柵、收集極及高阻組成收集器;第一級放大靜電計管和冷陰極電離規(guī)。

  在離化室N內(nèi),氣體電離成正離子,在電場作用下離子聚焦成束。并在加速電壓作用下以一定的速度經(jīng)過加速極S1的縫隙進入分析器。在均勻磁場的作用下,具有一定速度的離子將按圓形軌跡運動,其偏轉(zhuǎn)半徑可計算。

  可見,當B和U為定值時,不同質(zhì)荷比me-1的離子束的偏轉(zhuǎn)半徑R不同。儀器的B和R是固定的,調(diào)節(jié)加速電壓U使氦離子束恰好通過出口縫隙S2,到達收集器D,形成離子流并由放大器放大。使其由輸出表和音響指示反映出來;而不同于氦質(zhì)荷比的離子束[(me-1)1(me-1)3]因其偏轉(zhuǎn)半徑與儀器的R值不同無法通過出口縫隙S2,所以被分離出來。(me-1)2=4,即He+的質(zhì)荷比,除He+之外,C卅很少,可忽略。

②雙級串聯(lián)磁偏轉(zhuǎn)型氦質(zhì)譜檢漏儀

  由于兩次分析,減少了非氦離子到達收集器的機率。并且,如在兩個分析器的中間,即中間縫隙S2與鄰近的擋板間設(shè)置加速電場,使離子在進入第二個分析器前再次被加速。那些與氦離子動量相同的非氦離子,雖然可以通過第一個分析器,但是,經(jīng)第二次加速進入第二個分析器后,由于其動量與氦離子的不同而被分離出來。由于二次分離,儀器本底及本底噪聲顯著地減小,提高了儀器靈敏度。
   
③逆流氦質(zhì)譜檢漏儀

  該類儀器是根據(jù)油擴散泵或分子泵的壓縮比與氣體種類有關(guān)的原理制成的。例如,多級油擴散泵對氦氣的壓縮比為102;對空氣中其它成分的壓縮比為lO4~106。檢漏時,通過被檢件上漏孔進入主抽泵前級部位的氦氣,仍有部分返流到質(zhì)譜室中去,并由儀器的輸出指示示出漏氣訊號。這就是逆流氦頃質(zhì)譜檢漏儀的工作原理。

(2)氦質(zhì)譜檢漏儀性能試驗方法

  靈敏度、反應(yīng)時間、清除時間、工作真空度、極限真空度及儀器入口處抽速是評價氦質(zhì)譜檢漏儀的主要性能指標。

①靈敏度及其校準

  氦質(zhì)譜檢漏儀靈敏度,通常指儀器的最小可檢漏率。記為qL.min,即在儀器處于最佳工作條件下,以一個大氣壓的純氦氣為示漏氣體,進行動態(tài)檢漏時所能檢測出的最小漏孔漏率。所謂“最佳工作條件”是指儀器參數(shù)調(diào)整到最佳值,被檢件出氣少且沒有大漏孔等條件。所謂“動態(tài)檢漏”是指檢漏儀器本身的抽氣系統(tǒng)仍在正常抽氣。儀器的反應(yīng)時間不大于3s。所謂“最小可檢”是指檢漏訊號為儀器本底噪聲的兩倍時,才能認定有漏氣訊號輸出。所謂“漏孔漏率”是指一個大氣壓的干燥空氣通過漏孔漏向真空側(cè)的漏氣速率。儀器本底噪聲,一般指在2min內(nèi)輸出儀表的最大波動量。

  如果檢漏時用輔助系統(tǒng)抽氣(即對示漏氦氣有分流);蛴美鄯e法檢漏時,給出儀器最小可檢氦濃度(即濃度靈敏度)。記為γmin,能較方便地估計檢漏效果。

  濃度靈敏度校準系統(tǒng)中應(yīng)用一流量計測出通過針閥2進入儀器的空氣流率qL.o,則儀器濃度靈敏度。

②反應(yīng)時間、清除時間及其測定

  反應(yīng)時間是指儀器節(jié)流閥完全開啟,本底訊號為零(或補償?shù)搅?時,由恒定的氦流量使輸儀表訊號上升到最大值的(1-e-1)倍(即O.63)所需要的時間,記為τR。

  清除時間是指輸出儀表訊號穩(wěn)定到最大值后,停止送氦,其訊號下降到最大值的e-1倍(即O.37)所需要的時間,記為τC。

③工作真空、極限真空及入口處抽速

  質(zhì)譜室極限真空,尤其是工作真空及入口處抽速是表征儀器性能的重要參數(shù)。利用檢漏儀的真空規(guī)可以測定儀器的極限真空和工作真空。利用流量計可測定儀器入口處抽速。