什么是检漏仪的检测限?
检测下限、背景、密封油内溶解的气体(气镇)、零漂抑制
可检测到的最小漏率由待检测气体的自然本底水平决定。即使检漏仪的测试接头关闭时,每种气体也会逆着抽气方向,穿过排气阀和泵(但会因压缩而相应减少)进入质谱仪,如果电子器件的精度足够高,就能够检测出这些气体。所生成的信号就代表了检测限。用于抽空质谱仪的高真空系统通常包含一个涡轮分子泵和一个油封旋片泵。(早期使用的是扩散泵,而非涡轮分子泵。)与所有液体一样,旋片泵中的密封油也能溶解气体,直到溶解在密封油中的气体与密封油以外的气体达到平衡。当泵温度升高时(处于工作温度时),此平衡状态就代表了检漏仪的检测限。因此,密封油中溶解的氦气会影响检漏仪的检测限。测试气体不仅可以通过测试接头进入检漏仪;安装不当以及测试气体处理不当都可能导致测试气体通过排气阀以及供气阀或气镇阀进入检漏仪的内部,导致密封油以及弹性体密封件中的氦气水平升高,继而在质谱仪中产生远高于正常检测限的背景信号。正确安装设备后(参见图 5.7),应将气镇阀和供气阀连接到新鲜空气,排气管路(滤油器!)至少应引至执行泄漏检测的房间外面。
通过打开气镇阀并引入不含测试气体的气体(不含氦气的新鲜空气),可以降低测试气体(氦气)的本底水平。这就好比是洗除溶解的氦气。这种方法只会影响特定时刻存在于泵内的部分油液,因此必须持续地进行冲洗程序,直到泵油底壳中的所有油都经过数次循环。这通常需要 20 至 30 分钟的时间。
为了让用户不必一直关注本底水平,有些检漏仪的自动操作方案中集成了一种被称为零漂抑制的功能(请参阅校准页面上有关 180°扇形质谱仪的部分)。使用该功能时,会保存进气阀关闭后测量的本底水平值;当进气阀再次打开时,会从后续测量结果中自动减去该值。仅在阈值水平相对较高时,显示面板才会显示警告消息,指示本底噪音水平过高。图 5.8 用于说明零漂抑制中遵循的过程。左图:所示信号明显高于本底水平。中间图:本底水平显著变大,信号难以辨别。右图:本底水平被电控抑制,可以再次清楚地辨别信号。
除了上述零漂抑制功能外,所有检漏仪还都提供了手动零漂调整功能。采用手动功能时,检漏仪的显示屏会在特定时刻显示“重置为零”,以便仅显示从该点开始的泄漏率增加值。此操作只是有助于评估显示,当然,显示并不会影响漏气检测的准确性。
现代检漏仪大多配有无油真空系统,即所谓的“干式检漏仪”( Quadro Dry )。这种仪器避免了油液中溶解气体导致的问题,但是仍需采用类似的净化方法。
检漏仪的极限值或规格
- 最小可检漏率。
- 测试连接处的有效抽速。
- 被测件内的最大许可压力(也称为最大许可进气压力)。对于带有传统 分子泵的检漏仪,压力 pmax 约为 10-1 mbar;对于带有复合分子泵的检漏仪,该压力约为 2 至 10 mbar。此最大许可工作压力与检漏仪测试连接处抽气系统的抽速 S 的乘积就是最大许可气载量:
该式表明,通过降低抽速来获得高灵敏度并非明智之举。这会使得最大气载太小。当存在一处较大的漏气点或多处较小的漏气点时,进入装置的气体流量会超过检漏仪的最大许可气载,从而导致装置无法工作。
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参考资料
- 真空符号
- 单位术语表
- 参考文献和来源