氦質譜檢漏儀的科普
2023-05-18
一、定義
氦質譜檢漏儀是一種利用質譜分析原理，專門檢測示蹤氣體——氦氣(He)蹤跡的高靈敏度儀器。其核心功能是定位和定量測量密閉系統或部件的極微小泄漏率，檢測極限可達驚人的10?¹²Pa·m³/s量級，相當于每秒僅泄漏幾個氦原子。
二、工作流程
1.示蹤氣體引入：將氦氣作為示蹤氣體施加于被檢測工件外部(噴吹法)或內部(真空法/吸槍法)。
2.泄漏吸入：若工件存在泄漏點，氦氣分子會穿過泄漏通道。
3.真空抽取與傳輸：檢漏儀內置的真空系統(通常包含前級泵和分子泵)產生并維持高真空環境，將被測區域的微量氣體(包含泄漏的氦氣)吸入儀器內部。
4.電離：吸入的氣體進入離子源，在電場作用下被電子轟擊，形成帶正電的離子。
5.質譜分析：離子束進入由磁場(或四極桿電場)構成的質譜分析器。不同質荷比(m/z)的離子在磁場中偏轉半徑不同。氦離子(He?，質荷比為4)因其特定質量被精準篩選分離。
6.離子捕獲與信號放大：被篩選出的氦離子被離子收集極(法拉第杯或電子倍增器)捕獲，轉化為微弱的電流信號。
7.信號處理與指示：微電流信號經過精密電子線路放大、處理后，最終以聲光報警(如蜂鳴器頻率變化、指示燈閃爍)和數值顯示(泄漏率讀數)的形式告知操作者泄漏的存在及其大小。
三、核心特點
1.超高靈敏度：這是其顯著優勢，能檢測極其微小的泄漏，遠非氣泡法、壓力衰減法等傳統手段可比。
2.精確定量：不僅能判斷泄漏是否存在，更能精確測量泄漏率的大小(單位如Pa·m³/s,mbar·l/s)。
3.精準定位：配合噴吹法，能快速、準確地定位微小泄漏點的具體位置。
4.無損檢測：氦氣是惰性氣體，不會損壞被檢工件或影響其性能。
5.本底干擾小：空氣中氦氣含量極低(約5ppm)，自然本底噪聲小，有利于檢測信號識別。
6.響應速度快：一旦氦氣進入系統，儀器能迅速響應，縮短檢測時間。
7.寬檢測范圍：通過調整參數或使用不同模式，可覆蓋較寬的泄漏率檢測范圍。
8.穩定性與重復性好：現代儀器具有優秀的穩定性和測量重復性。
四、廣泛應用領域
1.制冷與暖通空調：檢測冰箱、空調壓縮機、冷凝器、蒸發器、冷媒管路系統的密封性。
2.汽車制造：發動機缸體、缸蓋、變速箱殼體、燃油系統(油箱、管路、噴油嘴)、空調系統、安全氣囊、車燈、新能源電池包等關鍵部件的泄漏檢測。
3.航空航天：火箭燃料貯箱、航天器密封艙、飛機發動機零部件、液壓系統、氧氣系統等對真空或壓力密封要求非常高的部件。
4.半導體與電子：集成電路封裝氣密性、真空腔體、高純氣體輸送管路、特種氣體鋼瓶、MEMS器件封裝。
5.電力(核電)：核電站一回路壓力邊界、蒸汽發生器、核燃料元件包殼、安全殼等核級設備的泄漏監測。
6.醫療設備：真空設備(如加速器、質譜儀)、植入式醫療器械包裝(起搏器)、呼吸機、麻醉機管路、血液分析儀流路。
7.真空設備制造與維護：真空爐、鍍膜機、粒子加速器、質譜儀等真空腔體及其部件的密封性檢測。
8.科研機構：各種需要超高真空或特殊氣氛環境的實驗裝置。
五、操作要點
規范操作是保證準確性和儀器壽命的關鍵：
1.充分準備：
熟悉儀器操作手冊和安全規程。
根據工件特性(尺寸、預期漏率、結構)選擇合適的檢測方法(真空法、噴吹法、吸槍法、累積法)和連接方式。
確保被檢工件清潔、干燥，無油脂等可能堵塞泄漏孔或污染儀器的物質。
檢查氦氣源充足，連接可靠無泄漏。
檢查儀器真空泵油位、狀態正常。
2.系統抽真空：
嚴格按照操作規程啟動真空系統，達到儀器要求的工作真空度(通常分子泵需達到高真空)。
監控真空度變化，必要時進行檢漏儀自身本底校準(零點校準)。
3.泄漏檢測：
4.噴吹法：在工件外部可疑點或焊縫處，用噴槍穩定、緩慢、近距離(約3-5mm)均勻噴射氦氣(避免氣流直接沖擊工件造成誤判)。觀察儀器響應。
5.真空法：將被檢工件抽真空，在外部可疑部位噴氦。或工件內部充氦，用檢漏儀檢測連接口。
6.吸槍法：工件內部充氦，在外部用吸槍探頭掃描可疑區域。
7.保持耐心和細致：對復雜工件需系統性地分區掃描，避免遺漏。
8.結果判讀：
觀察泄漏率讀數是否超過預設閾值。
注意響應信號的穩定性和重復性，區分真實泄漏、本底波動或殘留(如之前檢測殘留的氦氣)。
9.結束操作：
檢測完畢，先停止噴氦。
按規程關閉儀器(通常先關高真空閥和分子泵，待分子泵轉速下降后再關前級泵)。
泄放被檢工件壓力(如適用)。
斷開連接，清潔接口。
記錄檢測結果。
