氦质谱检漏仪原理及使用方法及相关介绍

真空系统 质谱管 电子学电路 机架
a
7
仪器结构图：
a
8
a
9
真空系统
a
10
真空科学发展的历史回顾
人们或许是受翻译国外书刊的影响，通常在回顾 真空科学发展史时，常常误认为1643年托里析 利的压力实验和1650年葛利克发明抽气机是对 真空这一现象的最早发现，其实早在公元前六世 纪我国在冶铁技术中即采用了风箱鼓风法，那时 称风箱为“鞲鞴”。战国时期“老子道德经”一 书说“鞲鞴”是虏而不屈、动而愈出”，这是利 用真空吸气原理的有记载的描述。而欧州到十六 世纪才发明这种设备。因此在我们回顾真空科学 发展历程时，是不应当忘记我们的祖先、对人类 在早期发展真空技术所做出的贡献。
漏率的单位是Pa·m3/s（帕斯卡×立方米／秒）
a
4
压强和漏率单位换算
在国际单位制中压强的单位是Pa(帕斯卡)， 1Pa的压强就是1m2面积上作用1N(牛顿) 的力。
a
5
最常用的检漏方法 ——氦质谱检漏法
氦质谱检漏法是根据质谱分析的原理，以
氦作探索气体，对各种需密封的容器的漏
隙进行快速定位和定量检测的理想的方法。
a
3
什么是漏及检漏的标准
真空系统﹑容器或器件的器壁因材料本身缺陷或焊 缝﹑连接处存在孔洞﹑裂纹或间隙等缺陷﹐外部大气通 过这些缺陷进入系统內部﹐致使系统﹑容器或器件达不 到预期的真空度﹐这种现象称为漏气。造成漏气的缺陷 称为漏孔。漏孔尺寸微小﹑形状复杂﹐无法用几何尺寸 表示﹐因此在真空技术中用漏率来表示漏孔的大小。漏 率是指单位时间內漏入系统的气体量。用漏率表示漏孔 大小时，如果不加特殊说明，则是指在漏孔入口压力为 1.01×105Pa，出口压力低于1.33×103Pa，温度为 296士3K的标准条件下，单位时间内流过漏孔的露点温 度低于248K的空气的气体量。
a
13
a
14
a
15
检漏仪的真空系统
真空系统是指用来获得质谱管正常工 作所需真空的环境。
它主要由机械泵、涡轮分子泵和三位 手动组合阀三部分组成。
a
16
机械泵
两个主要作用： 获得低真空 作为其他抽更高真空泵的前级泵
（分子泵）
a
17
a
18
机械泵工作原理（油封型）：
用油来保持运动部件的密封、靠泵腔容积 变化而实现抽气的机械真空泵。它们的工 作原理都是使泵腔工作室容积机械地增大 和缩小而抽气。当泵腔内工作室容积变得 最小时，与泵的入口管道连通，于是气体 进入泵吸入腔，一直到吸入腔容积最大并 重新与进气口分开时为止。当容积减少时， 气体被压缩，直到气体的压力大于一个大 气压，排气阀被打开，将气体排出。
a
11
二 、 真空及其应用
真空的含义
在真空科学中，真空的含义是指 在给定的空间内低于一个大气压 力的气体状态。人们通常把这种 稀薄的气体状态称为真空状况。
a
12
不同 真空状态下的真空工艺技术
随着气态空间中气体分子 密度的减小，气体的物 理性质发生了明显的变化，人们就是基 于气体性 质的这一变化，在不同的 真空状态下、应用各种 不同的真空工艺、达到为生产及科学研究服务的 目的 。 目前 ， 可以说 ， 从每平方厘米表面上 有上百个电子元件的超大规模集成 电路的制造， 到几公里长的大型加 速器的运转，从民用装饰品 的生产到受控核聚变、人造卫 星、航天飞机的问 世，都与真空工艺技术密切相关。不同真空状态 下 所引发出来的各种真空 工艺技术的应用概况 如下表 所示。
a
19
采用油封的原因：
当前大量使用的机械真空泵，即使设计得 再好，相向运动的零件间配合精度即使很 高。在泵达到极限真空时，也难以阻止气 体由低真空端向入口端“突破”返流。另 外，由于泵在设计制造及装配中不可避免 地存在有害空间，这也降低泵的极限真空 度。油封机械真空泵就是用油将相向运动 的零部件和排气阀零件间密封起来；将有 害空间充填，使得高压气体反“突破”的 机会少得多，密封性能也就好得多，从而 使泵能达到较高的真空度。
三位阀表面图 （操作手柄）
a
22
a
23
质谱管
质谱管是检漏仪的核心部分，包括离子源、磁铁、 接收极与前置放大器、全离子检测极及管壳 等 部 分。
a
24
粒子受力分析
带电粒子的速度方向若与磁场方向平行，带电 粒子不受洛伦兹力作用，将以入射速度做匀速 直线运动。
带电粒子若垂直进入匀强磁场且只受洛伦兹力 的作用，带电粒子一定做匀速圆周运动，其轨 道平面一定与磁场垂直。由洛伦兹力提供向心 力，即：
因氦是隋性气体，对大气无污染，使用安
全；氦原子量小、粘度小，易渗透过任何
可能存在的漏率，检测灵敏度高、速度快、
适用范围广；加之氦在大气中含量少（仅
万分之五），离子质量与其它气体离子质
量相差很大，不易受干扰，不会错判。与
当今诸多检漏方法（如气泡法、卤素检漏
法等）相比，它是佼佼者。
a
6
仪器结构
ZhP--30型氦Hale Waihona Puke Baidu谱检漏仪由四部分组 成。
a
20
分子泵：
分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输 给气体分子，使之获得定向速度，从而被 压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种 真空泵。
涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止 的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵 通常在分子流状态下工作。
a
21
三位手动组合阀
三位手动组合阀可对被监实现预抽真空、 检漏和放大气的全部检漏操作程序。这样 的工作是通过顺时针旋转操作手柄完成的。
a
25
粒子带电量为 q ，质量为 m ，经加速电 压 U 加速后进入匀强磁场中，在加速电 场中，由动能定理得：qU = 1/2mv2 ， 在匀强磁场中轨道半径：
R＝
；
a
26
若以一电子的电荷量作为1电荷单位，正离子的 电荷数用Z表示，以相对原子量单位作为离子的 质量单位，离子质量数用M表示，M的单位为高 斯（1高斯=10-4特），V的单位为伏特，R的单 位为cm，则
氦质谱检漏仪
——原理、使用方法及相关介绍
a
1
内容
真空检漏技术 氦质谱检漏仪的主要构成及作用 真空学简介 泵的工作原理 质谱管结构及其工作原理 氦质谱检漏仪的使用方法及注意事项
a
2
真空检漏技术
真空检漏技术就是用适当的方法判断真系 统﹑容器或器件是否漏气﹑确定漏孔位及 漏率大小的一门技术﹐相应的仪器称为检 漏仪。在真空系统﹑容器﹑器件制造过程 中借助真空检漏技术确定它们的真空气密 性﹑探查漏孔的位置﹐以便采取措施将漏 孔封闭从而使系统﹑容器﹑器件中的真空 状态得以维持。