氦質譜測漏儀檢漏原理

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氦質譜測漏儀檢漏原理

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氦質譜測漏儀原理

一、為什麼要檢漏
洩漏和密封相對應
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，後果嚴重，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，就要先進行檢漏，使用中也要定期進行檢漏檢查。

二、洩漏程度的量化

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：

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 年內，雪種洩漏了10 克（分子量 102 g/mol），大約是 2.24 bar•l，則漏率可量化為：

這種程度的洩漏對冰箱來說，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洩漏：
1. 示蹤氣體 A 放在容器裡面，處於正壓，然後用儀器去檢測，容器週邊是否有氣體 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，並能大概判斷洩漏的程度。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，用儀器去檢測容器裡面是否有氣體 A。這種方式能檢測出漏點，並能測知漏率。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境有很大關係，儘量做到與檢測物件的工作狀態一致。如檢測物件工作時內部處於正壓，則用正壓模式，如檢測物件工作時內部處於負壓，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. 化學性質穩定，不會起化學反應或易燃易爆
4. 最好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

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。实际使用中，也相对比较容易获取，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：

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

一、為什麼要檢漏
二、洩漏程度的量化
三、氦質譜測漏儀檢漏原理
四、示蹤氣體的選擇
五、氦質譜測漏儀的構造

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