氦质谱检漏仪检漏原理

　　氦质谱检漏仪检漏原理

　　一、为什么要检漏

　　泄漏和密封相对应

　　很多情况下，我们需要密封住一定的空间，防止气体或液体在压力的作用下，流进或流出这个空间。如真空设备(真空镀膜机，液晶注入机，PVD，半导体外延等等)，需要在真空条件下工作，要求在工作时，空气不能漏进工作腔体，否则生产不能进行，或者产生次品，浪费人力物力。另外装液体或气体的容器(例如液压气瓶，氧气瓶，空调冰箱中容器等等)，要求在容器内外存在压差的情况下，不能有气体或液体进入。如果有漏，后果严重，一般会造成有效物资的浪费，如有毒物资、腐蚀性气体漏出，甚至会酿成事故。

　　这些对密封性有要求的产品或设备，在投入使用前，就要先进行检漏，使用中也要定期进行检漏检查。

　　二、泄漏程度的量化公式

　　以上公式可简单理解为：在单位时间内，单位体积容器，压强的变化。下面举两个例子，可以对漏率的大小有个直观的认识。

　　例一、自行车胎有 4L 的容积，30 天内胎压从 3 bar 降到 2 bar，则漏率可量化为：

　　这种程度的泄漏是很严重的，这个漏率是很高的，用我们常用的检漏方式就能检测到漏点：将车胎放入水中，有气泡出来的地方就是漏点。

　　例二、冰箱 1 年内，雪种泄漏了10 克(分子量 102 g/mol)，大约是 2.24 bar•l， 则漏率可量化为：

　　这种程度的泄漏对冰箱来说，是很严重的，但这样程度的漏率用普通方法根本无法检出。这时就需要用到检漏仪或质谱仪来检查了。下面的内容是检漏仪的相关介绍。

　　三、氦质谱检漏仪检漏的原理

　　有两种方式可以检测出泄漏：

　　1. 示踪气体 A 放在容器里面，处于正压，然后用仪器去检测，容器周边是否有气体 A，如果容器外有气体 A，则容器有漏。用这种方式能检测出漏点，并能大概判断泄漏的程度。这种检漏方式叫 Sniffer 检漏或正压检漏。

　　2. 示踪气体 A 喷在容器外面，用仪器去检测容器里面是否有气体 A。这种方式能检测出漏点，并能测知漏率。这种检漏方式叫真空检漏。

　　如何选择检漏方式，与检测物件的工作环境有很大关系，尽量做到与检测物件的工作状态一致。如检测物件工作时内部处于正压，则用正压模式，如检测物件工作时内部处于负压，则用真空模式。

　　四、示踪气体的选择

　　对示踪气体的要求：

　　1. 无害，不能对人体或环境造成伤害

　　2. 品质轻，惰性气体, 能穿透微小细缝.

　　3. 化学性质稳定，不会起化学反应或易燃易爆

　　4. 是只有在空气中含量尽可能少的气体，才能满足检漏灵敏度方面的要求

　　一般检漏都用氦气(He)作为示踪气体，也有用氢气(H2)作为示踪气体的。

　　Table 1 空气中主要气体的属性

　　从上表中可以看到，氢和氦都是比较理想的示踪气体：空气中的含量少，质量轻, 运动速度快，同等条件下，直线运动距离长。在实际使用中，相对是比较容易获取的，可以大量使用。但氢气在使用中有一定的安全问题，所以实际大部分检漏使用的是氦气。

　　五、检漏仪的构造

　　氦质谱检漏仪实际上可以说是一个检氦仪，通过检测氦气的含量来确定是否有泄漏。而对氦的检测则使用的是质谱仪，是只检测氦的专用质谱仪，这种质谱仪将其它质量数的气体都屏蔽掉了

　　质谱示意图如下图：

　　质谱仪要想正常工作，需要真空环境。至少要在10-3 mbar 以下，空气的流动才体现为分子流，质谱仪才能稳定正常工作。所以检漏仪中还需要一套高真空系统。

　　氦质谱检漏仪的真空系统图，如下：