检漏的基本知识

检漏的基本知识

1．概漏的基本概念

真空检漏就是检测真空系统的漏气部位及其大小的过程。

漏气也叫实漏，是气体通过系统上的漏孔或间隙从高压侧流到低压侧的现象。

虚漏，是相对实漏而言的一种物理现象。这种现象是由于材料放气、解吸、凝结气体的再蒸发、气体通过器壁的渗透及系统内死空间中气体的流出等原因引起真空系统中气体压力升高的现象。

气密性是表征真空系统器壁防止气体渗透的性能，它包括通过漏孔(或间隙)的漏气和材质的渗气。

最小可检漏率是指某种检漏方法能够检测出的漏率的最小值。

最佳灵敏度是指检漏仪器或检漏方法在最佳条件下所能检测出的最小漏率。对于检漏仪器来讲，最佳灵敏度又称作仪器灵敏度。

检漏灵敏度是指在具体条件下，某种检漏方法所能检测出的最小漏率。检漏灵敏度又称作有效灵敏度。

反应时间，即从检漏方法开始实施(如开始喷吹示漏气体)到指示方法(如仪表)做出反应的时间。

消除时间，即从检漏方法停止(如停止喷吹且开始抽出示漏气体)到指示方法的指示消失的时间。

漏率，即单位时间内流过漏孔(包括间隙)的气体量。

2．漏孔、漏率及其单位

真空技术中所指的漏孔，由于尺寸微小、形状复杂、形式多样(如图1所示)，无法用几何尺寸表示其大小。所以一般用等效流导或漏气速率(简称为漏率)表示漏孔的大小。

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。

漏率的单位是帕斯卡×立方米／秒，记为Pam3／s。为了方便，有时用帕斯卡×升／秒，记为PaL／s。

3．最大容许漏率

真空系统漏气是绝对的，不漏气是相对的在真空检漏技术中所指的“漏”是和最大容许漏率的概念联系在一起的。

对于动态真空系统，只要其平衡压力能够达到所要求的真空度，这时即使存在着漏孔，也可以认为该系统的漏率是容许的，该情况下系统的漏率称为最大容许漏率。动态真空系统的最大容许漏率qLmax 应满足

qLmax≤1/10PwS (1)

式中Pw----系统工作压力

S----系统的有效抽速

对于静态真空系统，要求在一定时间内，其压力维持在容许的压力以下，这时即使存在着漏孔，同样叮以认为该系统的漏率是容许的，该情况下系统的漏率称为最大容许漏率。如果要求在时间t内,容积为V的系统的压力由p升至pt，则其最大容许漏率qLmax应满足

qLmax≤(pt-p)V/t (2)

同样的漏孔,如果通过的气体不同,漏率是不同的,对于较大的漏孔来说,对于不同种类的气体,同一漏孔的漏率一般与其粘滞系数成反比.

漏孔的气流特性

气体流经漏孔的过程是很复杂的，可能包含有粘滞流、过渡流及分子流三种流动状态。主导流动状态与漏孔的几何尺寸、气体的种类、漏孔两端的压力及环境温度有关。设环境温度T=296K，入口压力p2=1.01×105Pa，出口压力p1《p2，漏孔长L，直径d的均匀圆截面导管型漏孔，其对空气的漏率及可视流动状态见表2。

3．二、检漏仪器

用于检漏的仪器有氦质谱检漏仪、卤素检漏仪、高频火花检漏器、气敏半导体检漏仪及用于质谱分析

检漏仪器的技术性能。

1．氦质谱检漏仪

氮质谱检漏仪是用氦气为示漏气体的专门用于检漏的仪器，它具有性能稳定、灵敏度高的特点。是真空检漏技术中灵敏度最高，用得最普遍的检漏仪器。

氦质谱检漏仪是磁偏转型的质谱分析计。单级磁偏转型仪器灵敏度为lO-9～10-12Pam3／s，广泛地用于各种真空系统及零部件的检漏。双级串联磁偏转型仪器与单级磁偏转型仪器相比较，本底噪声显著减小．其灵敏度可达10-14～10-15Pam3／s，适用于超高真空系统、零部件及元器件的检漏。逆流氦质谱检漏仪改变了常规型仪器的结构布局，被检件置于检漏仪主抽泵的前级部位，因此具有可在高压力下检漏、不用液氮及质谱室污染小等特点．适用于大漏率、真空卫生较差的真空系统的检漏，其灵敏度可达10-12Pam3／s。

(1)工作原理与结构

氦质谱检漏仪由离子源、分析器、收集器、冷阴极电离规组成的质谱室和抽气系统及电气部分等组成。

①单级磁偏转型氦质谱检漏仪

现以HZJ—l型仪器为例．介绍单级磁偏转型氦质谱检漏仪，其结构如图2所示。

在质谱室内有：由灯丝、离化室、离子加速极组成离子源；由外加均匀磁场、挡板及出口缝隙组成分析器；由抑制栅、收集极及高阻组成收集器；第一级放大静电计管和冷阴极电离规。质谱室的工作原理如图3所示。

在离化室N内，气体电离成正离子，在电场作用下离子聚焦成束。并在加速电压作用下以一定的速度经过加速极S1的缝隙进入分析器。在均匀磁场的作用下，具有一定速度的离子将按圆形轨迹运动，其偏转半径可按式（5）计算。

可见，当B和U为定值时，不同质荷比me-1的离子束的偏转半径R不同。仪器的B和R是固定的，调节加速电压U使氦离子束[图中(me-1)2]恰好通过出口缝隙S2，到达收集器D，形成离子流并由放大器放大。使其由输出表和音响指示反映出来；而不同于氦质荷比的离子束[(me-1)1(me-1)3]因其偏转半径与仪器的R值不同无法通过出口缝隙S2，所以被分离出来。(me-1)2=4，即He+的质荷比，除He+之外，C卅很少，可忽略。

4．②双级串联磁偏转型氦质谱检漏仪

图4示出了双级900缩转串联式磁偏转型氦质谱检漏仪的质谱室。由于两次分析，减少了非氦离子到达收集器的机率。并且，如在两个分析器的中间，即图中的中间缝隙S2与邻近的挡板间设置加速电场，使离子在进入第二个分析器前再次被加速。那些与氦离子动量相同的非氦离子，虽然可以通过第一个分析器，但是，经第二次加速进入第二个分析器后，由于其动量与氦离子的不同而被分离出来。由于二次分离，仪器本底及本底噪声显著地减小，提高了仪器灵敏度。

③逆流氦质谱检漏仪

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。这就是逆流氦顷质谱检漏仪的工作原理。

5．检漏方法的选择及对检漏人员的要求

(1)检漏方法的选择

比较理想的检漏方法应满足下列要求：

①合适的检漏灵敏度

在具体的检漏条件下，所选择方法的检漏灵敏度，通常高于最大容许漏率1～2个数量级。

②反应时间和清除时间短

③不仅能找出漏孔的位置，而且还能测定漏率