氦質譜檢漏儀檢漏原理

氦質譜檢漏儀原理

一、為什么要檢漏
泄漏和密封相對應
很多情況下，我們需要密封住一定的空間，防止氣體或液體在壓力的作用下，流進或流出這個空間。如真空設備（真空鍍膜機，液晶注入機，PVD，半導體外延等等），需要在真空條件下工作，要求在工作時，空氣不能漏進工作腔體，否則生產不能進行，或者產生次品，浪費人力物力。另外裝液體或氣體的容器（液壓氣瓶，氧氣瓶，空調冰箱中的雪種容器等等），要求在容器內外存在壓差的情況下，不能有氣體或液體漏出。如果有漏，后果嚴重，一般會造成有效物資的浪費，如有毒物資、腐蝕性氣體漏出，甚至會釀成事故。
這些對密封性有要求的產品或設備，在投入使用前，就要*行檢漏，使用中也要定期進行檢漏檢查。

二、泄漏程度的量化


可簡單理解為：單位時間內，單位體積容器，壓強的變化。下面舉兩個例子，可以對漏率的大小有個直觀的認識。
例一、自行車胎有 4L 的容積，30 天內胎壓從 3 bar 降到 2 bar，則漏率可量化為：


這種程度的泄漏是很嚴重的，這個漏率是很高的，用我們常用的檢漏方式就能檢測到漏點：將車胎放入水中，有氣泡出來的地方就是漏點。
例二、冰箱 1 年內，雪種泄漏了10 克（分子量 102 g/mol），大約是 2.24 bar•l， 則漏率可量化為：

這種程度的泄漏對冰箱來說，是很嚴重的，但這樣程度的漏率用普通方法根本無法檢出。這時就需要用到檢漏儀或質譜儀來檢查了。下面的內容是檢漏儀的相關介紹。
三、檢漏儀檢漏的原理
有兩種方式可以檢測出泄漏：
1. 示蹤氣體 A 放在容器里面，處于正壓，然后用儀器去檢測，容器周邊是否有氣體 A，如果容器外有氣體 A，則容器有漏。用這種方式能檢測出漏點，并能大概判斷泄漏的程度。這種檢漏方式叫 Sniffer 檢漏或正壓檢漏。
2. 示蹤氣體 A 噴在容器外面，用儀器去檢測容器里面是否有氣體 A。這種方式能檢測出漏點，并能測知漏率。這種檢漏方式叫真空檢漏。

如何選擇檢漏方式，與檢測物件的工作環(huán)境有很大關系，盡量做到與檢測物件的工作狀態(tài)一致。如檢測物件工作時內部處于正壓，則用正壓模式，如檢測物件工作時內部處于負壓，則用真空模式。
四、示蹤氣體的選擇
對示蹤氣體的要求：
1. 無害，不能對人體或環(huán)境造成傷害
2. 品質輕，惰性氣體, 能穿透微小細縫.
3. 化學性質穩(wěn)定，不會起化學反應或易燃易爆
4. 是只有在空氣中含量盡可能少的氣體，才能滿足檢漏靈敏度方面的要求
一般檢漏都用氦氣（He）作為示蹤氣體，也有用氫氣（H2）作為示蹤氣體的。
Table 1 空氣中主要氣體的屬性



從上表中可以看到，氫和氦都是比較理想的示蹤氣體：空氣中的含量少，質量輕, 運動速度快，同等條件下，直線運動距離長。實際使用中，也相對比較容易獲取，可以大量使用。但氫氣在使用中有一定的安全問題，所以實際大部分檢漏使用的是氦氣。
五、檢漏儀的構造
氦質譜檢漏儀實際上可以說是一個檢氦儀，通過檢測氦氣的含量來確定是否有泄漏。而對氦的檢測則使用的是質譜儀，是只檢測氦的專用質譜儀，這種質譜儀將其它質量數(shù)的氣體都屏蔽掉了

質譜示意圖如下圖：


質譜儀要想正常工作，需要真空環(huán)境。至少要在 10-3 mbar 以下，空氣的流動才體現(xiàn)為分子流，質譜儀才能穩(wěn)定正常工作。所以檢漏儀中還有一套高真空系統(tǒng)。
氦質譜檢漏儀的真空系統(tǒng)圖