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氦质谱检漏仪检测原理及应用_何己有
时间:2024-08-13 09:10:32 点击次数:

  氦质谱检漏仪的检漏方法有许多种,目前比较 成熟的检漏方法有喷吹法、氦罩法、充压法、吸枪法、 检漏盒法、累积检漏法、背压法及四极质谱检漏法等

  开始检漏后,阀门 V2 打开,粗抽泵对待测器件 或者嗅探探头进行初步的抽线 测得粗抽泵已将线 hPa 后,阀门 V1 打开,由于分子泵 A 和 B 的压缩能力与气体分 子的质量相关,较轻的氦可以部分地逆着分子泵气 流的方向到达氦传感器,而重的气体被阻挡在外,这 就是逆向流技术。这时候虽然真空度并不高,但通 过逆向流技术,对气流进行采样,也能够对非常高的 漏率进行测量。

  与抽真空方式相反,嗅探方式是通过测量待测 器件内部气体经由器壁漏孔泄漏至器件外面的氦的 多少来获得漏率的大小的。预先向待测器件内充入 一定氦气,封 闭 测 试 端 口,将 嗅 探 探 头 连 接 至 检 漏 仪,用嗅探探头对待测器件表面的可疑部位进行扫 描。如果发现漏率明显的上升,便可判断漏孔的位 置。这种方式适合在待测器件内部无法或者不能抽 真空的情形下检漏。但是,由于嗅探方式是通过检 测器壁外的大气来进行测量的,大气中的氦会带来 一个较高的漏率本底。这个本底虽可通过置零来清 除,但仍会降低嗅探方式的灵敏度 ( 嗅探方式最小 可检测漏率小于 5 × 10 - 6 Pa·L / s,而抽线 Pa·L / s) 。

  当然,如果待检测容器内或者测试环境中氦浓 度较高,HLT260 检漏仪也可以使用其他气体比如 He3 或者 H2 作为探测气体。

  我厂 PET 生产流程中,缩聚反应是在高温,高 真空的条件下进行的,正常生产时预缩聚釜 R01 为 10 kPa,预缩聚釜 R02 为 1 kPa,终缩聚釜 R03 为 100 ~ 200 Pa 的绝对压力,因此工艺条件要求缩聚系 统具有“绝 对 ”真 空 和 密 封。 在 初 次 开 车 或 每 次 大 修后重新开车前,必须对缩聚工段系统进行真空检 漏测试,以消除因系统升降温热胀冷缩和拆检设备 造成的泄漏,保证生产线开车正常生产。

  氢和氦都是比较理想的示踪气体,空气中的含 量少,质量轻,运动速度快,分子直径小,同等条件 下,直线运动距离长。在实际使用中,也相对比较容 易获取,可以大量使用。由于 He 具有无色、无臭、 无活性、不 可 燃 的 特 性,因 此 一 般 检 漏 都 采 用 氦 气 ( He4 或 He3 ) 作为示漏气体,但也有用氢气( H2 ) 作 为示漏气体的,考虑到它的化学性质及危险性,在应 用中较少使用,所以实际大部分检漏使用的都是氦 气。

  国普发) HLT260 型氦质谱检漏仪为例来对氦质谱 检漏原理及测量方法进行综述。

  子流并送入到电流放大器,通过测量离子流就可知 漏率。冷阴极电离真空计指示质谱室的压力及用作 保护装置。

  ( 1) 无害,不能对人体或环境造成伤害; ( 2) 质 量轻,惰性气体,穿透能力强,能穿透微小细缝; ( 3) 化学性质稳定,不会引起化学反应和易燃易爆; ( 4) 在空气环境中含量尽可能少且组分基本恒定的气 体,满足检漏灵敏度方面的要求,减少本底干扰检测 的准确性。

  氦分子在质谱检漏仪器高真空的环境中扩散的 速度很高,用氦气作示漏气体其本底噪声低,分子质 量及粘滞系数小,因而极易通过漏孔并易扩散; 另 外,氦系惰性气体是无破坏性、无毒、无危险,不腐蚀 设备,故常用氦作示漏气体。将这种气体喷到接有 氦质谱检漏仪( 调整到仅对氦起反应的工作状态) 的被检容器上,若容器某一部位有漏孔,则氦质谱检 漏仪立即有所反应,从而可知漏孔所在位置及检测

  而质谱仪要想正常工作,还需要在高真空环境 中,至少要在 0. 1 Pa 以下,空气的流动才体现为分子 流,质谱仪才能稳定正常工作,因此检漏仪中还配有 一套高真空系统。其高线 所示。

  被检件接在检漏测试口上,V1,V2,V3 和 V4 电磁阀根据压力变化自动控制,使得传感器( 质谱 室) 始终工作在安全的压力下。阀 V5 可以控制校 准漏孔; 阀 V6 实现对检漏件的排气,同时也用作吸 式的接口; 线 测量前级线 测量检 漏口线 helium mass spectomter leak detector

  它实质上既是一个通过检测氦气的含量来确定是否 4 HLT260 型的检漏方法与测量过程

  有泄漏的检氦仪,同时也是一个将其他质量数的气 体都屏蔽掉,只对氦的质谱检测分析过程的专用质 谱仪。其质谱分析具体结构如图 1 所示。

  收稿日期: 2011-01-21。 作者简介: 何己有( 1973-) ,男,广东开平人,助理工程师,主要从事低压电气和工业自动化控制系统设备电器仪表的安装调试和

  如何选择检漏方式,与检测对象的工作环境有 很大关系,尽 量 做 到 与 检 测 对 象 的 工 作 状 态 一 致。 如检测对象工作时内部处于正压,则用正压模式,如 检测对象工作时内部处于负压,则用线 型氦质谱检漏仪具有嗅探和抽线 种检漏模式,即正压模式和负压模式。详细检漏方 法与测量工作过程如下:

  时,阀门 V2 关闭,V1 和 V3 打开,分子泵 B 与粗抽 泵级联,待测器件或者探头被抽至高真空。此时,只 有分子泵 A 工作于逆向流方式,但由于真空度已经 较高( 意味着较低的漏率) ,到达氦传感器的氦仍然 能够得到有效的控制以确保不超出氦传感器的测量 范围。这便是低双流模式( Twin-FlowTM low) 。当 P2 气压低于 0. 5 hPa 时,阀门 V3 关闭,V4 打开,分子 泵 A 和 B 均与粗抽泵级联,待测器件或探头被抽至 更高的真空( 漏率更低) ,此时,不再使用逆向流对 气体进行采样,而直接利用氦传感器对漏率进行测 量,以达到极高的检漏灵敏度。这便是高双流模式 ( Twin-FlowTM high) 。

  摘要: 简要介绍了氦质谱检漏仪检测的工作原理、技术性能及探测方法,通过在 PET 生产线反应釜真空检漏应用实例说明用 它检测的可靠性和优点。 关键词: PET; 氦质谱检漏仪; 检漏 中图分类号: TQ323. 41; TB774 文献标识码: B 文章编号: 1008-8261( 2011) 02-0054-04

  ( 1) 正压模式: 示漏气体 He 充入容器里面,处 于正压,然 后 用 仪 器 去 检 测,容 器 外 围 是 否 有 气 体 He,如果容器外有气体 He,则容器有漏。用这种方 式能检测出漏点,并能大概判断泄漏的程度。这种 检漏方式叫 Sniffer 检漏或正压检漏。

  ( 2) 负压模式: 示漏气体 He 喷在容器外面,用 仪器去检测容器里面是否有气体 He。这种方式能 检测出漏点,并能测知漏率。这种检漏方式叫负压 检漏,也叫真空检漏。

  在抽真空方式下,待检漏的器件通过测试端口 与检漏仪相连,待测器件被检漏仪内部的粗抽泵和 分子泵抽到一定的真空( 如果待测器件容积较大, 则需额外的泵组一起协同作业以提高效率) 。只需 测量待测器件外部大气通过器壁的漏孔进入器件内 部的氦的多少便可以判断漏率的大小。如果需要得 到精确的漏率数值,则必须等待整个测量系统的真 空达到稳态,并预先根据环境中氦的含量对检漏仪 进行标定。若需在抽真空方式下准确地找到漏孔的 位置,可以通过对可疑位置喷氦并检验漏率是否有 明显的上升来完成。

  缩聚真空测试检漏是试车工作中非常重要的环 节,也是保障正常生产产品品质的关键环节。真空 密封程度的好坏,对 PET 熔体品质影响很大,如果 检漏不彻底,在生产过程中系统漏进氧气,会使物料 氧化变黄甚至发黑,严重时可使真空系统堵塞导致 停车事故,损失巨大。因此在真空测试期间,若缩聚 真空泄漏率超标,则不能开车,应反复保压和检漏, 直至完全达到工艺条件要求。

  氦质谱检漏仪是以氦气作为示漏气体,对真空 设备及密封器件的微小漏隙进行定位、定量和定性 检测的专用检漏仪器。它具有性能稳定、灵敏度高、 操作简便,检测迅速等特点,是在真空检漏技术中用 得最普遍的检漏仪器,其测量工作原理如下。

  氦质谱检漏仪是根据质谱学原理制成的磁偏转 型的质谱分析计,用氦气作为示漏检测气体制成的 气密性质谱检漏仪器。其结构主要由进样系统、离 子源、质量分析器、收集放大器、冷阴极电离真空计 等组成。离子源是气体电离,形成一束具有特定能 量的离子。质量分析器是一个均匀的磁场空间,不 同离子的质荷比不同,在磁场中就会按照不同轨道 半径运动而进行分离,在设计时只让氦离子飞出分 析器的缝隙,打在收集器上。收集放大器收集氦离

  近年来,随着高真空检漏技术科学领域的不断 发展和应用技术的日趋成熟,以及高真空检漏仪器 技术的不断创新和进步,仪器更新换代很快。从技 术性能、高可靠性、准确性、耐用性、灵活性和性价比 等各方面都有着划时代的进步,从而使高真空检漏 仪器从科学研究领域、实验室的高端应用逐渐普及 到工业和民用领域的应用。氦质谱检漏技术是在真 空检漏技术领域里应用最为广泛的一种,这种检漏 方法的优 点 是: 检 漏 灵 敏 度 高 ( 可 以 检 漏 到 10 - 12 Pa·m3 / s 数量级) 、仪器响应快、操作简便、安全高 效、成本较低、用途广泛等,所以氦质谱检漏仪在许 多领域里得到广泛的应用。

  HLT260 型氦质谱检漏仪的高真空测量系统还 采用逆流式原理及双流式原理来采样分析。具体工爱游戏AYX官网入口登陆网址


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