四極質(zhì)譜計(jì)用于檢漏的工作原理
檢漏是真空工程中的一項(xiàng)重要任務(wù), 需要判斷漏孔的有無、確定漏孔的位置和標(biāo)定漏孔的大小。通常采用的檢漏方法是將氦質(zhì)譜檢漏儀連接到真空容器抽氣系統(tǒng)的前級(jí)或高真空一側(cè), 用示漏氣體噴可能泄漏的位置, 通過檢漏儀的讀數(shù)變化確定是否泄漏及漏率大小。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展, 四極質(zhì)譜計(jì)用于檢漏越來越顯示出其優(yōu)越性。四極質(zhì)譜計(jì)比普通檢漏儀有更高的靈敏度、更大的分辨本領(lǐng), 而且具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn), 將在真空檢漏領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
我們應(yīng)用兩臺(tái)四極質(zhì)譜計(jì)分別對(duì)超高和極高真空系統(tǒng)進(jìn)行了檢漏實(shí)驗(yàn), 取得了滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)踐證明, 這是一種非常有效的檢漏手段。
四極質(zhì)譜計(jì)的檢漏原理
設(shè)真空容器的體積為V , 抽速為S , 則容器內(nèi)壓力p隨時(shí)間的變化遵從(1)式
Q 值包括真空系統(tǒng)漏孔的總漏率和材料出氣等虛漏的總漏率。當(dāng)示漏氣體流入真空容器內(nèi)并達(dá)到平衡時(shí), 可近似認(rèn)為Q與時(shí)間無關(guān),S與壓強(qiáng)無關(guān),解微分方程式(1)得到
式中: S=V/S是時(shí)間常數(shù); p0是穩(wěn)態(tài)后t=0時(shí)容器中的壓力值。
可見, 示漏氣體產(chǎn)生的流量將在真空容器內(nèi)形成分壓力P ′, 用四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)量其離子流, 可以判斷是否有漏孔的存在。用氦氣做為檢漏氣體(采用噴吹法) , 使用一支標(biāo)準(zhǔn)漏孔通過比對(duì)的方法可以計(jì)算出漏孔的漏率Ql, 用公式(3)計(jì)算
式中 I0——真空容器氦氣本底離子流,A
Il——漏孔漏入真空容器的氦氣離子流,A
Is——標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏入真空容器的氦氣離子流,A
Qs——標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏率, Pa·m3/s
D ——測(cè)定或估計(jì)出的漏孔周圍氦氣濃度, %
采用噴吹法時(shí), 漏孔周圍氦氣濃度無法準(zhǔn)確測(cè)定, 只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。常用的方法是,D取1, Il取檢漏時(shí)出現(xiàn)的最大離子流值, 此時(shí)用(3)式計(jì)算的漏率僅為估計(jì)值。檢漏的目的是找到并堵住漏孔, 無法精確計(jì)算漏孔漏率并不影響檢漏的有效性。
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