氦質(zhì)譜檢漏儀入口壓力與顯示值的關(guān)系研究
文中首先從理論上推導出檢漏儀的入口壓力與顯示值的數學(xué)關(guān)系表達式, 其次通過(guò)試驗驗證了該表達式的正確性。與此同時(shí), 提出了一種測試檢漏儀線(xiàn)性性能的新方法。研究結果表明: 檢漏儀的入口壓力與顯示值是線(xiàn)性關(guān)系; 當溫度和測試氣體的濃度一定時(shí), 該線(xiàn)性關(guān)系的斜率是檢漏儀的本質(zhì)屬性, 只與檢漏儀自身的參數有關(guān)。
航天器的密封性能是評價(jià)航天器質(zhì)量高低的一個(gè)重要參數。在航天器的制造和裝配過(guò)程中, 所做的密封性能測試一般包括單點(diǎn)的漏率測試以及總漏率測試。對于單點(diǎn)漏率測試, 現在所采用的方法往往都是吸槍法, 因此研究吸槍法具有極其重要的工程實(shí)際意義。吸槍法檢漏的示意圖如圖1 所示, 具體的操作過(guò)程是: 將被測物內充入規定壓力的氦氣,用特制的吸槍( 如限流的針閥、膜孔或毛細管) 在被測物外進(jìn)行探索, 見(jiàn)圖1。若被測物存在漏孔, 氦氣將通過(guò)漏孔向外逸出。當吸槍正對漏孔位置時(shí), 氦氣隨同周?chē)諝庖黄鸨晃鼧屛氲綑z漏儀中而產(chǎn)生輸出指示, 從而達到檢漏目的。
在采用吸槍法進(jìn)行單點(diǎn)漏率測試時(shí), 通常規定檢漏儀的入口壓力在一定的范圍內。如Leybold公司的PhoeniXL300 氦質(zhì)譜檢漏儀在檢漏時(shí)的入口壓力規定為30~ 70 Pa。那么檢漏儀的入口壓力對測試數據有多大影響呢? 或者說(shuō)入口壓力與檢漏儀的輸出顯示值有何關(guān)系呢? 本文嘗試從理論和試驗兩個(gè)方面來(lái)解決這一問(wèn)題。這一問(wèn)題的解決將對使用氦質(zhì)譜檢漏儀的其它檢漏方法也有一定的參考意義[1] 。
圖1 吸槍法檢漏原理示意圖
1 、氦質(zhì)譜檢漏儀的原理簡(jiǎn)介
氦質(zhì)譜檢漏儀通常由真空系統、質(zhì)譜室及測量電路組成, 其中核心為質(zhì)譜室。質(zhì)譜室又由離子源、分析器、收集器三部分組成。其一般的原理是將進(jìn)入質(zhì)譜室中的混合氣體進(jìn)行電離, 形成具有一定能量的離子, 這些離子由于質(zhì)荷比的不同, 在分析器中將按不同軌跡運動(dòng)從而彼此分開(kāi), 僅使氦離子在收集極上收集并最終放大顯示[2] 。因此, 氦質(zhì)譜檢漏儀在本質(zhì)上講可以看成是氦氣原子的計數器。其無(wú)論輸出顯示的是電壓值還是漏率值, 雖然表現形式不一樣, 但這些顯示值必將都與進(jìn)入質(zhì)譜室中的氦氣原子的摩爾數是線(xiàn)性正比的。在有些文獻上, 也將檢漏儀的輸出顯示值看成與進(jìn)入質(zhì)譜室中的氦分壓成線(xiàn)性正比的[3-4] 。這在本質(zhì)上是一致的, 可以通過(guò)理想氣體的狀態(tài)方程進(jìn)行簡(jiǎn)單的轉換。常見(jiàn)的兩種氦質(zhì)譜檢漏儀的基本原理見(jiàn)圖2 和圖3。在一般的氦質(zhì)譜檢漏儀中, 被檢件接在檢漏儀的高真空側( 即檢漏儀的質(zhì)譜室) , 當被檢件漏氣或出氣較大時(shí), 質(zhì)譜室中的壓力將超過(guò)儀器的最高工作壓力, 此時(shí)檢漏儀就無(wú)法進(jìn)行工作了[2] , 因此, 實(shí)際工程中往往采用逆流檢漏儀。逆流檢漏儀是利用高真空泵的
壓縮比與被抽氣體質(zhì)量有關(guān)的原理來(lái)工作的。氣體的質(zhì)量越小, 壓縮比也就越小, 因此逆擴散的示漏氣體的分子數就越多, 這些逆擴散的分子進(jìn)入質(zhì)譜室,最終形成了檢漏儀的輸出讀數�，F在工程實(shí)際中所使用的檢漏儀幾乎全是逆流檢漏儀, 因此, 本文著(zhù)重分析逆流檢漏儀。
吸槍是氦質(zhì)譜檢漏儀的一種取樣探頭。目前大多數吸槍采用針閥式結構, 可以精確調節吸槍的流導以滿(mǎn)足檢漏儀的工作壓力需求。因此, 可以通過(guò)調節吸槍, 在檢漏儀的工作壓力范圍內改變入口壓力, 來(lái)考察入口壓力的變化對吸槍檢漏數據的影響。本文的試驗部分就是基于這樣的設想完成的。
圖2 一般氦質(zhì)譜檢漏儀
圖3 逆流檢漏儀
5、結論
(1) 當所測氣體的濃度和溫度固定時(shí), 檢漏儀的入口壓力與顯示值是線(xiàn)性關(guān)系; 且該線(xiàn)性關(guān)系的斜率是檢漏儀的本質(zhì)屬性, 只與檢漏儀自身的參數有關(guān)。
(2) 通過(guò)調節檢漏儀的入口壓力來(lái)調節進(jìn)入檢漏儀的氦氣量, 從而可以測試檢漏儀的線(xiàn)性, 這就為測試檢漏儀的線(xiàn)性提供了一種廉價(jià)而方便的方法。
參考文獻
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