多種示漏氣體分析儀的結構及工作原理
對于像航天器那樣的體積大、結構復雜,且具有多個(gè)分系統的被檢件來(lái)說(shuō),如果采用氦質(zhì)譜充壓真空室檢漏方法對一個(gè)個(gè)分系統檢漏,不僅需要花費巨資建造大型真空容器,而且需要相當長(cháng)的檢漏時(shí)間。因此,提出了將航天器放在不需抽真空的常壓容器中,用多種示漏氣體(或者利用分系統本身的工作介質(zhì))分別充入不同的分系統,然后采用四極質(zhì)譜分析的方法同時(shí)對幾個(gè)甚至所有分系統進(jìn)行常壓檢漏,這樣就可以大大提高檢漏的效率。
歐洲空間技術(shù)中心為解決TD衛星以及ISEE-B衛星的檢漏問(wèn)題,研究了這種方法,并研制出相應的檢漏儀器。為了解決航天器整體檢漏問(wèn)題,在借鑒國外經(jīng)驗的基礎上,研制了一臺適合常壓檢漏的多種示漏氣體分析儀。設計要求大氣環(huán)境下最小可檢He和CF4的濃度為5×10-8 。最小可檢Ne的濃度為5 ×10-7 。
多種示漏氣體分析儀的結構及工作原理
研制的多種示漏氣體分析儀的結構原理如圖1 所示。它由取樣系統、四極質(zhì)譜計分析系統及數據顯示處理系統三部分組成。取樣系統由10個(gè)采樣閥、循環(huán)泵、取樣閥(或小孔)、采樣容器、分子泵、機械泵及閥門(mén)V1,V3,V4,V5,V6,V7,V8等組成。四極質(zhì)譜分析系統由四極質(zhì)譜計、鈦升華泵、液氮冷阱、分子泵、機械泵、插板閥、旁路閥及閥門(mén)V2、V9等組成。數據顯示及處理系統由一臺配有專(zhuān)用的四極質(zhì)譜計操作軟件的計算機、打印機及顯示器等組成。
圖1 多種示漏氣體分析儀結構原理圖
1-充氣系統;2-回收系統;3-集氣容器;4-零樣;5-標樣1;6-標樣2;7-待測1; 8-待測2;9-循環(huán)泵;10-采樣容器;11-取樣閥;12-分子泵;13-機械泵;14-插板閥;15-電離計;16-冷阱;17-四極質(zhì)譜計;18-鈦升華泵;19-打印機;20-顯示器;21-計算機;22-熱偶計
將被檢件(具有多個(gè)艙段的航天器或具有多個(gè)分系統的艙段) 放在一常壓集氣容器中。檢漏時(shí),利用充氣系統對各艙段(或各分系統) 分別充入一定壓力的不同示漏氣體(主要是惰性氣體He、Ne和氟里昂14(CF4)或其它一些在大氣環(huán)境中含量較少的氣體)。如果某艙段或分系統有漏,示漏氣體將通過(guò)漏孔進(jìn)入到集氣容器中,使集氣容器中的示漏氣體的分壓(或濃度) 增加,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間t后,集氣容器中的示漏氣體的分壓(或濃度)就增加到一定的值。
利用集氣容器中設置的幾個(gè)風(fēng)扇將集氣容器中的氣體混合均勻。采樣前,利用機械泵和分子泵將采樣容器(體積為1L左右)抽一定的真空度,并啟動(dòng)循環(huán)泵,打開(kāi)零樣閥,將零樣氣體(采用被檢件未充示漏氣體前集氣容器中的氣體) 輸運到V6 閥的前面,關(guān)循環(huán)泵,關(guān)V5、V4閥,開(kāi)V6閥,將零樣氣體放入采樣容器中,然后關(guān)V6 閥,調節取樣閥的流量,使零樣氣體進(jìn)入四極質(zhì)譜計的分析室中進(jìn)行分析,測出各示漏氣體的本底分壓值。然后關(guān)V3及零樣閥,開(kāi)V4及V6閥,用機械泵將采樣容器及循環(huán)磁管路中的零樣氣體抽除后,再關(guān)V4和V6閥,打開(kāi)V3、V5閥,用分子泵將采樣容器抽到較高的真空度,同時(shí)再啟動(dòng)循環(huán)泵,開(kāi)待測閥1(或待測閥2),將集氣容器中混合均勻的氣體輸運到V6的前面,關(guān)V5閥,開(kāi)V6閥,將混合氣體放入采樣容器中,關(guān)V6閥并通過(guò)取樣閥(此時(shí)保持取樣閥流量不變) 將混合氣體送入四極質(zhì)譜計中進(jìn)行分析,測出相應的各示漏氣體的分壓值(Pti)。這樣在t 時(shí)間內,知道示漏氣體i的分壓值的變化量和集氣容器放置被檢件后的凈體積V,就可以算出裝有示漏氣體i的艙段(或分系統)的總漏率。
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