氦质谱检漏仪原理及使用方法及相关介绍
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氦质谱检漏仪
——原理、使用方法及相关介绍
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
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。
对于漏气速率和放气速率较大或者体 积较大的被检器件，这种情况需加接 辅助真空系统，提高对被检件的抽速。 最简单的辅助真空系统只需要一个机 械泵和两个阀门。
如图所示。
氦质谱检漏仪操作指导书.xls
常见故障及处理
正常运转与故障判断
故障检查与排除
谢谢！
4.背压法
这种方法在检漏前用专用加压容器向被检 件压入氦气，然后取出被检件，吹去表面 吸附的氦气后放入专用的检漏罐中，再将 检漏罐连接到检漏仪的检漏口上，对检漏 罐抽真空，实施检漏，则通过该漏孔压入 的氦气又释放出来进入检漏罐，最终达到 质谱管。用这种方法测到的漏率也是总漏 率。
如图所示：
Biblioteka Baidu
5.辅助真空系统法
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。
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。
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。
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。
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）
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。
仪器结构
ZhP--30型氦质谱检漏仪由四部分组 成。
真空系统 质谱管 电子学电路 机架
仪器结构图：
真空系统
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。
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。
如图所示：这种方法又称为吸枪法
3.钟罩法
将被检测器件与仪器检漏口连接抽真空， 并在它的外面罩一个充满氦气的容器，如 果被检测器件有漏孔，氦气便会由漏孔进 入被检件，并最终达到质谱管被检测到， 所测到的漏率为被检测器件的总漏率，但 这种方法不能确定有几个泄漏点和每个漏 点的准确位置。
示意图如下：
三位阀表面图 （操作手柄）
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。
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：
电子学线路
电子学线路包括控制部件和接收器两大部 分。
控制部件的电路方块图包括了总电源板 MAIN简称M板，显示板DISPLAY简称D板， 控制板CONTROL简称C板共三块电路板。
逆流检漏法
逆流氦质谱检漏仪的结构 特点如图5所示。该类仪 器是根据油扩散泵或分子 泵的压缩比与气体种类有 关的原理制成的。例如， 多级油扩散泵对氦气的压 缩比为102；对空气中其 它成分的压缩比为lO4～ 106。检漏时，通过被检 件上漏孔进入主抽泵前级 部位的氦气，仍有部分返 流到质谱室中去，并由仪 器的输出指示示出漏气讯 号。这就是逆流氦质谱检 漏仪的工作原理。
漏率的单位是Pa·m3/s（帕斯卡×立方米／秒）
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。
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。 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。
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。
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。
利用氦质谱检漏仪进行检漏的方法 有：喷吹法、氦罩法、吸枪法、背 压法、辅助真空系统法等。
检漏的目的是确定被检件漏孔的位置和 漏率，这些目的是通过采用一些标准的 检漏方法实现的。采用什么方法要视被 检件的结构、检漏的经济效益及检漏系 统的性质来决定。根据不同的检漏目的， 基本有以下几种检漏方法：
1.喷吹法
该方法是将被检件接在检漏仪的检漏口， 用检漏仪的真空系统对其抽真空并达到真 空衔接与质谱管沟通，然后用喷枪向可疑 的部位喷吹氦气。当有漏孔存在时，氦气 就通过漏孔进入质谱管被检测。
如图所示：
2.吸入法
具体操作方法为用专用的吸枪连接在仪器 的检漏口上，要被检测的器件则充入一定 量的氦气（纯氦气或按一定比例混合的 氦—氮混合气体）。在检漏时，让气枪沿 着可疑漏孔处慢慢移动，若被检测器件有 漏孔，氦气自漏孔漏出，被吸枪吸入送至 仪器的质谱管而被检测。
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＝
；
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
——原理、使用方法及相关介绍
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
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。
对于漏气速率和放气速率较大或者体 积较大的被检器件，这种情况需加接 辅助真空系统，提高对被检件的抽速。 最简单的辅助真空系统只需要一个机 械泵和两个阀门。
如图所示。
氦质谱检漏仪操作指导书.xls
常见故障及处理
正常运转与故障判断
故障检查与排除
谢谢！
4.背压法
这种方法在检漏前用专用加压容器向被检 件压入氦气，然后取出被检件，吹去表面 吸附的氦气后放入专用的检漏罐中，再将 检漏罐连接到检漏仪的检漏口上，对检漏 罐抽真空，实施检漏，则通过该漏孔压入 的氦气又释放出来进入检漏罐，最终达到 质谱管。用这种方法测到的漏率也是总漏 率。
如图所示：
Biblioteka Baidu
5.辅助真空系统法
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。
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。
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。
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。
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）
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。
仪器结构
ZhP--30型氦质谱检漏仪由四部分组 成。
真空系统 质谱管 电子学电路 机架
仪器结构图：
真空系统
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。
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。
如图所示：这种方法又称为吸枪法
3.钟罩法
将被检测器件与仪器检漏口连接抽真空， 并在它的外面罩一个充满氦气的容器，如 果被检测器件有漏孔，氦气便会由漏孔进 入被检件，并最终达到质谱管被检测到， 所测到的漏率为被检测器件的总漏率，但 这种方法不能确定有几个泄漏点和每个漏 点的准确位置。
示意图如下：
三位阀表面图 （操作手柄）
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。
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：
电子学线路
电子学线路包括控制部件和接收器两大部 分。
控制部件的电路方块图包括了总电源板 MAIN简称M板，显示板DISPLAY简称D板， 控制板CONTROL简称C板共三块电路板。
逆流检漏法
逆流氦质谱检漏仪的结构 特点如图5所示。该类仪 器是根据油扩散泵或分子 泵的压缩比与气体种类有 关的原理制成的。例如， 多级油扩散泵对氦气的压 缩比为102；对空气中其 它成分的压缩比为lO4～ 106。检漏时，通过被检 件上漏孔进入主抽泵前级 部位的氦气，仍有部分返 流到质谱室中去，并由仪 器的输出指示示出漏气讯 号。这就是逆流氦质谱检 漏仪的工作原理。
漏率的单位是Pa·m3/s（帕斯卡×立方米／秒）
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。
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。 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。
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。
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。
利用氦质谱检漏仪进行检漏的方法 有：喷吹法、氦罩法、吸枪法、背 压法、辅助真空系统法等。
检漏的目的是确定被检件漏孔的位置和 漏率，这些目的是通过采用一些标准的 检漏方法实现的。采用什么方法要视被 检件的结构、检漏的经济效益及检漏系 统的性质来决定。根据不同的检漏目的， 基本有以下几种检漏方法：
1.喷吹法
该方法是将被检件接在检漏仪的检漏口， 用检漏仪的真空系统对其抽真空并达到真 空衔接与质谱管沟通，然后用喷枪向可疑 的部位喷吹氦气。当有漏孔存在时，氦气 就通过漏孔进入质谱管被检测。
如图所示：
2.吸入法
具体操作方法为用专用的吸枪连接在仪器 的检漏口上，要被检测的器件则充入一定 量的氦气（纯氦气或按一定比例混合的 氦—氮混合气体）。在检漏时，让气枪沿 着可疑漏孔处慢慢移动，若被检测器件有 漏孔，氦气自漏孔漏出，被吸枪吸入送至 仪器的质谱管而被检测。
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＝
；
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