顺流式和逆流式检漏仪是如何工作的？

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图 5.12 全流量式和逆流式检漏仪

图 5.12 显示了两种检漏仪的真空示意图。在这两种检漏仪中，质谱仪均由涡轮分子泵和旋片泵组成的高真空系统抽真空。左图所示为顺流式检漏仪。来自进气口的气体通过冷阱进入质谱仪。实际上，冷阱就相当于一个冷凝泵，所有蒸汽和其他污染物会在冷阱内发生冷凝。（在以前，冷阱还能提供有效的保护作用，以免被当时使用的扩散泵产生的油蒸汽污染）。辅助粗真空泵系统用于预先将待测部件或者检漏仪与待测系统之间的连接管路抽真空。待达到相对较低的进气口压力后（抽真空时间！），辅助抽吸系统和冷阱之间的阀将被打开以进行测量。式 5.4b 中的 S_eff 是涡轮分子泵在离子源位置处的抽速：

(5.5a)

对于顺流式检漏仪，可通过降低抽速（比如在涡轮分子泵和冷阱之间安装节气门）来提高灵敏度。该方法也用于实现最大灵敏度。

示例

氦气的最小可检分压为：
p_min,He = 1 · 10^-12 mbar。氦气的抽速将为
S_He = 10 l/s。那么，可检测到的最小漏气率为
Q_min = 1 · 10^-12 mbar · 10 l/s = 1 · 10^-11 mbar · l/s。如果抽速现在降至 1/s，单位为 l/s，那就是 1 l/s，那么可得出可检测到的最小漏气率为 1 · 10^12 mbar · l/s。但是，必须记住，随着灵敏度的增加，被测件中要达到稳定的测试气体压力所需的时间常数会相应地变大（见下文）。

在图 5.12 中，右图所示为逆流式检漏仪的示意图。其质谱仪、高真空系统以及辅助粗真空泵系统与顺流式检漏仪的配置完全一致。但是，待检气体接入在粗真空泵和涡轮分子泵之间。打开阀后，达到此分支点的氦气会使得涡轮分子泵和质谱仪中的氦气压力增加。式 5.4b 中代入的抽速 S_eff 为旋片泵在该分支点的抽速。质谱仪上测量的是该处建立的氦气分压在应用涡轮分子泵的氦气压缩系数而降低后的分压。调节涡轮分子泵在逆流式检漏仪中的抽速，以使泵压缩比保持不变。式 5.5b 是根据式 5.5a 推导出来的：

(5.5b)

S_eff = 旋片泵在分支点的有效抽速
K = 涡轮分子泵处的氦气压缩比

对于自动检漏系统，使用逆流式检漏仪更有优势，因为有一个明确可测量的阀打开压力，也就是涡轮分子泵的粗真空压力。由于和很轻的测试气体氦气 (M = 4) 相比，涡轮分子泵对高摩尔质量的重分子具有极强的压缩能力，使得重分子可能无法到达质谱仪。因此，涡轮分子泵可为质谱仪提供理想的保护，无需再使用 LN₂ 冷阱，这显然对用户非常有利。从时间上看，逆流式检漏仪开发的时间更晚。部分原因在于抽速稳定性不足，在很长时间里都无法通过旋片泵达到足够稳定的抽速。对于这两种类型的检漏仪，固定装置都采用了内置辅助泵协助对测试口进行抽真空。出于减轻重量的考虑，对于便携式检漏仪，可能需要提供单独的外部泵。

分流模式

图 5.13 分流的原理

如果真空容器的尺寸或漏气率较大，导致无法将被测件抽真空至所需的进气压力，或者需花费太长时间，则必须使用辅助泵。在这种情况下，氦检漏仪可按照所谓的“分流”概念工作。这意味着从被测件中抽的较大部分气体通常由具有适当规格的辅助泵系统移除，使得只有一部分气流到达氦检漏仪（参见图 5.13）。气流会根据分支点的抽速进行分流。所以，下式成立：

(5.6)

其中 g γ（而不是 g！）表征为部分流量比，也就是说检漏仪上的显示漏气量只是总漏气量的一部分。当部分流量比率未知时，g γ（而不是 g！）可通过真空容器上连接的参考漏点来确定：

(5.7)

连接到真空系统

分流概念通常用于氦检漏仪连接至具有多级真空泵组的真空系统时。在考虑理想连接位置时，必须记住，这些通常是小型便携式装置，在连接法兰处的抽速较小（通常低于 1 l/s）。所以，务必要根据预期的部分流量比（比如按照抽速为 12000 l/s 的扩散泵所确定的部分流量比）来估算可以检测的漏气率。在具有高真空度和罗茨泵的系统中，可靠的方案就是将检漏仪连接在旋片泵和罗茨泵之间，或者罗茨泵与高真空泵之间。如果压力大于检漏仪的许可进气压力，则必须通过计量阀（漏气率可变）连接检漏仪。当然，还必须具有合适的连接法兰。此外，还建议在开始时就在此处安装一个阀，以便在需要时能够快速连接检漏仪（在系统运行时），打开阀门就能立即开始检漏。为了避免该阀被意外打开，在真空系统正常运行期间，应使用盲法兰将其封闭。

在连接到大型系统时，例如对发电站的涡轮机进行抽真空时，还有一种方法是连接至排气口。将吸枪插入系统通向大气的排气点，吸枪就可以跟踪排气中氦气浓度的变化。此类应用中，检测限将仅限为空气中天然氦的含量 5 ppm。很多检漏仪都具有调零功能，可以减去自然的本底水平，因此能够检测更低的漏气率。在发电厂，将探头尖端从顶部以大约 45° 的角度插入（水环）泵的排放管路（通常朝上）即可。