经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。东北大学第八期真空技术培训班经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。质谱原理与真空检漏 刘玉岱 教授Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China真空技术真空技术o一. 真空技术概况 （巴德纯）o二. 真空工程理论基础 （张世伟）o三. 干式真空泵原理与技术基础 （巴德纯）o四. 真空系统组成与设计基础 （刘坤）o五. 真空获得设备原理与技术基础 （张以忱）o六. 真空测量技术基础 （刘玉岱）o七.真空镀膜技术基础 （张以忱）o八. 质谱原理与真空检漏 （刘玉岱）o九. 真空冶金技术基础 （王晓冬）o十. 真空与低温技术及设备 （徐成海）东北大学第八期东北大学第八期培训系列之培训系列之Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China真空检漏真空检漏o1 1 检漏概述检漏概述o2 2 检漏方法检漏方法o3 3 检漏仪检漏仪Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1 1 检漏概述检漏概述oo1.1 1.1 1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性oo1.2 1.2 1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法oo1.3 1.3 1.3 1.3 漏孔气流特性漏孔气流特性漏孔气流特性漏孔气流特性oo1.4 1.4 1.4 1.4 最大允许漏率的估算最大允许漏率的估算最大允许漏率的估算最大允许漏率的估算oo1.5 1.5 1.5 1.5 对检漏方法的要求和选择对检漏方法的要求和选择对检漏方法的要求和选择对检漏方法的要求和选择oo1.6 1.6 1.6 1.6 检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性o 理想的真空室应永远保持它同抽气真空系统理想的真空室应永远保持它同抽气真空系统断开时的真空度断开时的真空度( (压力压力) )。而实际上，任何真空室。而实际上，任何真空室在离开抽气系统之后，其压力总要上升。压力的在离开抽气系统之后，其压力总要上升。压力的升高是由于漏孔的漏气、室壁表面放气和通过室升高是由于漏孔的漏气、室壁表面放气和通过室壁材料渗透进入的气体产生的。壁材料渗透进入的气体产生的。o 从物理过程来看，真空系统就是在一面抽气从物理过程来看，真空系统就是在一面抽气一面漏气的条件下工作的，两者最后达到动态平一面漏气的条件下工作的，两者最后达到动态平衡。因此，要想得到较低的极限压力，应尽量提衡。因此，要想得到较低的极限压力，应尽量提高有效抽速，并降低漏气率。在有效抽速高有效抽速，并降低漏气率。在有效抽速定时，定时，降低漏气率就成为关键的了。降低漏气率就成为关键的了。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性o 真空系统和真空容器的漏气，是由各种各样微小真空系统和真空容器的漏气，是由各种各样微小漏隙造成的。金属系统多发生在焊缝、可拆卸部位和漏隙造成的。金属系统多发生在焊缝、可拆卸部位和材料缺陷之处（如铸件和板材的气孔、裂缝和夹渣等）材料缺陷之处（如铸件和板材的气孔、裂缝和夹渣等）；电真空器件的漏孔多发生在金属；电真空器件的漏孔多发生在金属- -玻璃封接、金属玻璃封接、金属- -陶瓷封接处。总之，漏气之处是用肉眼看不出来的、陶瓷封接处。总之，漏气之处是用肉眼看不出来的、微小的，必须用一定检漏方法或用一定的检漏仪器才微小的，必须用一定检漏方法或用一定的检漏仪器才能找出。能找出。o 需要指出的是，任何真空系统，即使在设计、加需要指出的是，任何真空系统，即使在设计、加工和安装都非常满意，也不可能作到绝对不漏气。严工和安装都非常满意，也不可能作到绝对不漏气。严格地讲，漏气是绝对的，而不漏气则是相对的，绝对格地讲，漏气是绝对的，而不漏气则是相对的，绝对不漏气是不存在的。我们通常所说的不漏气是不存在的。我们通常所说的“不漏气不漏气”，一，一般是指系统上存在的漏孔的漏率远小于允许的漏率或般是指系统上存在的漏孔的漏率远小于允许的漏率或检漏仪的最高灵敏度而言。检漏仪的最高灵敏度而言。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性o 检漏的任务是：用适当方法迅速判断漏气是否为检漏的任务是：用适当方法迅速判断漏气是否为主要矛盾；确定漏率，以便确定它是否在允许的范围主要矛盾；确定漏率，以便确定它是否在允许的范围内；选择合适的检漏方法并找出漏孔的确切位置，以内；选择合适的检漏方法并找出漏孔的确切位置，以便进行修补。便进行修补。o 应当指出，只有当系统上所有漏孔的总漏率超出应当指出，只有当系统上所有漏孔的总漏率超出允许的漏率值时，才进行漏孔的定位工作。系统上虽允许的漏率值时，才进行漏孔的定位工作。系统上虽有漏孔，但其总漏率在允许值之内时，一般便不必对有漏孔，但其总漏率在允许值之内时，一般便不必对漏孔进行定位。然而在个别情况下，除了规定总漏率漏孔进行定位。然而在个别情况下，除了规定总漏率不得超过允许值之外，还规定单个漏孔的漏率不得超不得超过允许值之外，还规定单个漏孔的漏率不得超过某一特定值。只要某一漏孔的漏率超出了该特定值，过某一特定值。只要某一漏孔的漏率超出了该特定值，就必须将这一漏孔找出并加以修补。就必须将这一漏孔找出并加以修补。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法 o 实际的真空系统，如果实际的真空系统，如果抽不到预定的极限真空，这抽不到预定的极限真空，这里面原因有三：泵工作不良，里面原因有三：泵工作不良，即有效抽速不够；放气以及即有效抽速不够；放气以及漏气。必须首先排除前两个漏气。必须首先排除前两个原因，才能去找漏孔。原因，才能去找漏孔。o 通常以静态升压法来找出哪种因素起主导作用。即通常以静态升压法来找出哪种因素起主导作用。即把容器抽到一定压力后，将阀门关闭，让容器与泵隔开，把容器抽到一定压力后，将阀门关闭，让容器与泵隔开，然后测量容器中的压力变化，给出压力然后测量容器中的压力变化，给出压力时间曲线。由时间曲线。由于容器的漏气与出气情况不一样，所以曲线也不一样，于容器的漏气与出气情况不一样，所以曲线也不一样，如上图所示。如上图所示。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法 o(1)(1)直线直线a a，压力保持不变，说明既不漏气也不放气。容器，压力保持不变，说明既不漏气也不放气。容器真空度抽不上去的原因是泵工作不良造成的。真空度抽不上去的原因是泵工作不良造成的。o(2)(2)曲线曲线b b，压力开始上升较快，而后上升速度惭渐减慢呈，压力开始上升较快，而后上升速度惭渐减慢呈现水平态。这说明主要是放气，因为不论是蒸气源的放气现水平态。这说明主要是放气，因为不论是蒸气源的放气或材料放气，在达到一定的压力后都有饱和的趋势。如果或材料放气，在达到一定的压力后都有饱和的趋势。如果是蒸汽，最后达到其饱和蒸汽压。是蒸汽，最后达到其饱和蒸汽压。o(3)(3)斜线斜线c c，压力直线上升，这说明是漏气。漏气率正比于，压力直线上升，这说明是漏气。漏气率正比于内外压力差。外部是大气压，内部压力很低，后者与前者内外压力差。外部是大气压，内部压力很低，后者与前者相比可忽略不计故漏气率就正比于大气压，是一常数，相比可忽略不计故漏气率就正比于大气压，是一常数，压力呈直线上升。压力呈直线上升。o(4)(4)曲线曲线d d，压力开始上升很快后来变得较慢，但不出现，压力开始上升很快后来变得较慢，但不出现饱和迹象。这是曲线饱和迹象。这是曲线b b和曲线和曲线c c的叠加，即同时存在放气和的叠加，即同时存在放气和漏气。曲线漏气。曲线d d的前部分由于放气作用使之呈曲线；而后部分的前部分由于放气作用使之呈曲线；而后部分仅由于漏气作用仅由于漏气作用( (此时放气已达饱和此时放气已达饱和) )，所以呈直线。，所以呈直线。o在判定确实有漏气之后就可着手找漏孔的位置。在判定确实有漏气之后就可着手找漏孔的位置。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法 o 真空技术中所指的漏孔是极其微小的。漏孔截面形真空技术中所指的漏孔是极其微小的。漏孔截面形状不规则，漏气路径也各式各样。漏孔的大小是不可能状不规则，漏气路径也各式各样。漏孔的大小是不可能也没有必要以漏孔的几何尺寸表示，因为漏孔的最本质也没有必要以漏孔的几何尺寸表示，因为漏孔的最本质属性就是漏气，即在压力差作用下，有气体通过它流动。属性就是漏气，即在压力差作用下，有气体通过它流动。所以，真空技术中用漏孔漏率表示漏孔的大小。所以，真空技术中用漏孔漏率表示漏孔的大小。o 漏孔漏率定义：露点低于漏孔漏率定义：露点低于2525的空气，入口压力的空气，入口压力为标准大气压（为标准大气压（10105 55105103 3PaPa），出口压力低于），出口压力低于10103 3 Pa Pa，温度为，温度为233 233 时，空气通过漏孔的流量为漏孔漏率。时，空气通过漏孔的流量为漏孔漏率。o 漏孔漏率量纲与流量相同，单位为漏孔漏率量纲与流量相同，单位为PamPam3 3s s-1-1。o 实际上，我们所使用的真空系统大多数是满足或接实际上，我们所使用的真空系统大多数是满足或接近漏孔漏率定义所规定的条件。如果不满足上述条件近漏孔漏率定义所规定的条件。如果不满足上述条件( (如：环境温度变化、压差不是标准大气压或使用空气如：环境温度变化、压差不是标准大气压或使用空气以外的气体以外的气体) )时就必须对漏率加以修正。时就必须对漏率加以修正。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.3 1.3 漏孔气流特性漏孔气流特性 o 出于漏孔很微小，漏孔两端的压差很大，气出于漏孔很微小，漏孔两端的压差很大，气体通过漏孔的过程是很复杂的，其中包括粘滞流、体通过漏孔的过程是很复杂的，其中包括粘滞流、过渡流和分子流三种流动状态。为了使问题简化，过渡流和分子流三种流动状态。为了使问题简化，可以假定漏孔为一圆截面的毛细管。其流导可用可以假定漏孔为一圆截面的毛细管。其流导可用克努曾半经验公式进行计算。克努曾半经验公式克努曾半经验公式进行计算。克努曾半经验公式不适用湍流，却适用于粘滞流、过渡流和分子流，不适用湍流，却适用于粘滞流、过渡流和分子流，但要求压差不能太大。而漏孔两端压差太大，所但要求压差不能太大。而漏孔两端压差太大，所以克努曾公式不能直接应用，故在圆截面漏孔中以克努曾公式不能直接应用，故在圆截面漏孔中取一微长度元取一微长度元L L，其两端压差为，其两端压差为p p， 这样就这样就满足了上述条件，并令漏孔长为满足了上述条件，并令漏孔长为1cm1cm，经分析可，经分析可得到如下结论：得到如下结论：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.3 1.3 漏孔气流特性漏孔气流特性 o 当当q qL L1010-6-6 Pam Pam3 3s s-1-1时，此时主要是粘滞流。时，此时主要是粘滞流。o 当当q qL L1010-9-9 Pam Pam3 3s s-1-1时，其流动主要是分子流。时，其流动主要是分子流。o 不同种类气体通过漏孔漏率也不相同。如同不同种类气体通过漏孔漏率也不相同。如同一漏孔的氦漏率与空气漏率的比值，在粘滞流状一漏孔的氦漏率与空气漏率的比值，在粘滞流状态下为态下为o q qL LHeHe/ /q qLairLairairair/ /HeHe0.930.93o 在分子流状态下为在分子流状态下为o q qL LHeHe/ /q qLairLair(M Mairair/ /M MHeHe) )2.72.7o 可见用氦气检漏时，只是对分子流漏孔才会可见用氦气检漏时，只是对分子流漏孔才会有好处。有好处。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.4 1.4 最大允许漏率的计算最大允许漏率的计算 o 要求装置或真空系统绝对不漏气不仅是不可要求装置或真空系统绝对不漏气不仅是不可能的，而且也是不合理的。只要漏孔漏率足够小，能的，而且也是不合理的。只要漏孔漏率足够小，即漏入的气体量无害于真空装置或真空系统的正即漏入的气体量无害于真空装置或真空系统的正常工作，就是允许的。这里存在一个最大允许漏常工作，就是允许的。这里存在一个最大允许漏率问题，这个值是由设计人员经过周密考虑和计率问题，这个值是由设计人员经过周密考虑和计算提出来的。真空装置或系统正常工作允许的最算提出来的。真空装置或系统正常工作允许的最大漏气率，称为最大允许漏率，简称允许漏率，大漏气率，称为最大允许漏率，简称允许漏率，以以q qLpLp表示。表示。此值不仅是设计的一项主要指标，也此值不仅是设计的一项主要指标，也是检漏的依据。是检漏的依据。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.4 1.4 最大允许漏率的计算最大允许漏率的计算 o 如果设计人员只给出允许的总气载如果设计人员只给出允许的总气载q qtottot，而，而没有具体指明允许漏率没有具体指明允许漏率q qLpLp的值，一般认为，最大的值，一般认为，最大允许漏率比总气载低一个数量级，即允许漏率比总气载低一个数量级，即o q qLpLp0.10.1q qtottoto 并以此为收据，对每个零件的容许漏率进行并以此为收据，对每个零件的容许漏率进行分配，易检漏件要求高些，难于检漏件要求就低分配，易检漏件要求高些，难于检漏件要求就低些。些。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.4 1.4 最大允许漏率的计算最大允许漏率的计算 o 不同真空系统允许漏率也是不同的，下面分两种情况不同真空系统允许漏率也是不同的，下面分两种情况进行讨论。进行讨论。o (1) (1)动态真空系统允许漏率：动态真空系统允许漏率：o 所谓动态真空系统是指工作时，泵仍然对它进行抽气所谓动态真空系统是指工作时，泵仍然对它进行抽气的系统，如真空熔炼炉、真空镀膜机和粒子加速器等。这的系统，如真空熔炼炉、真空镀膜机和粒子加速器等。这些动态系统是靠泵抽气来维持工作压力的。一般说来，对些动态系统是靠泵抽气来维持工作压力的。一般说来，对气密性要求低些。气密性要求低些。o 设真空装置最大工作压力为设真空装置最大工作压力为p pmaxmax，泵对被抽容器，泵对被抽容器( (真真空室空室) )的有效抽速为的有效抽速为S Se e，则真空容器的允许漏率为，则真空容器的允许漏率为o q qLpLp0.10.1p pmaxmax S Se eo 式中式中p pmax max 真空装置最大工作压力真空装置最大工作压力o S Se e 泵对被抽容器的有效抽速泵对被抽容器的有效抽速Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.4 1.4 最大允许漏率的计算最大允许漏率的计算 o (2) (2)静态真空系统（无消气剂继续抽气）允许漏静态真空系统（无消气剂继续抽气）允许漏率：率：o 静态系统是指工作时与泵隔开的系统，一般称静态系统是指工作时与泵隔开的系统，一般称密闭容器或封离容器。这种系统的特点是要求极限密闭容器或封离容器。这种系统的特点是要求极限压力低，在与泵隔离之后的相当长时间内，其真空压力低，在与泵隔离之后的相当长时间内，其真空度仍能满足要求。如电真空器件中的电视显象管、度仍能满足要求。如电真空器件中的电视显象管、示波管和超高频管等。由于这些器件体积小，要求示波管和超高频管等。由于这些器件体积小，要求寿命长，所以对漏气和放气要求很严。对于材料出寿命长，所以对漏气和放气要求很严。对于材料出气，在管子设计与制造时已作了考虑，这里只谈漏气，在管子设计与制造时已作了考虑，这里只谈漏气一题。气一题。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.4 1.4 最大允许漏率的计算最大允许漏率的计算 o 假设这种静态系统的真空度不是靠继续抽气假设这种静态系统的真空度不是靠继续抽气( (即即无消气剂和钛泵无消气剂和钛泵) )来维持，而是靠降低器件的漏气和来维持，而是靠降低器件的漏气和材料放气来达到的话，刚封离时压力材料放气来达到的话，刚封离时压力p pi i要远低于器要远低于器件工作的最高压力件工作的最高压力p pmaxmax，以保证器件寿命，以保证器件寿命较长。较长。那么，其允许漏率为那么，其允许漏率为o q qLpLp0.10.1VV（p pmaxmaxp pi i）/ /o 式中式中p pi i 刚封离时压力刚封离时压力o 器件寿命器件寿命 o V V 器件的体积器件的体积Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 一些真空设备的允许漏率一些真空设备的允许漏率Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.5 1.5 对检漏方法的要求及选择对检漏方法的要求及选择 o 一般说来，理想的检漏方法应满足下述要求：一般说来，理想的检漏方法应满足下述要求：o (1) (1)检漏灵敏度高、反应时间短检漏灵敏度高、反应时间短(3s(3s以内以内) )和稳定性和稳定性好；好；o (2) (2)能定出漏孔的位置和漏率；能定出漏孔的位置和漏率；o (3) (3)示漏物质在空气中含量低，不腐蚀零件，不堵示漏物质在空气中含量低，不腐蚀零件，不堵塞漏孔，不污染环境，不影响人身安全并且还要易于塞漏孔，不污染环境，不影响人身安全并且还要易于得到；得到；o (4) (4)检漏范围宽，从大漏到小漏都能检测，以减少检漏范围宽，从大漏到小漏都能检测，以减少设备数量及费用；设备数量及费用；o (5) (5)结构简单、使用方便，对被检件要求不太苛刻；结构简单、使用方便，对被检件要求不太苛刻；o (6) (6)能无损检漏，检漏无油化、以免油污染被检件。能无损检漏，检漏无油化、以免油污染被检件。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.5 1.5 对检漏方法的要求及选择对检漏方法的要求及选择 o 然而，上述要求往往是相互矛盾的。要求一种检然而，上述要求往往是相互矛盾的。要求一种检漏方法同时满足上述所有要求是不可能的。所以只能漏方法同时满足上述所有要求是不可能的。所以只能针对不同检漏对象选择合适的方法，以解决主要矛盾针对不同检漏对象选择合适的方法，以解决主要矛盾为原则。为原则。o 那么，检漏方法如何选择呢？主要根据被检真空那么，检漏方法如何选择呢？主要根据被检真空系统系统( (或设备或设备) )的容许漏气量的容许漏气量q qL L，另外再结合具体情况，另外再结合具体情况来选择相应的方法。但应注意到总的容许漏气量是几来选择相应的方法。但应注意到总的容许漏气量是几个或多个单独漏隙的漏量之和，要想找到每个单独漏个或多个单独漏隙的漏量之和，要想找到每个单独漏隙，必须选用检漏灵敏度隙，必须选用检漏灵敏度q qLdminLdmin比允许漏率比允许漏率q qLpLp值低值低1 12 2个数量级（相当有个数量级（相当有1010100100个漏孔）的方法，即个漏孔）的方法，即o q qLdminLdmin（1010-2-21010-1-1）q qLpLpo 另外，还要满足被检件要求，简便易行。再有要另外，还要满足被检件要求，简便易行。再有要根据现有条件，如设备和人员情况等。根据现有条件，如设备和人员情况等。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.6 1.6 检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念 o (1) (1)气密性：表示真空容器或系统的壁对空气不可气密性：表示真空容器或系统的壁对空气不可渗透性。渗透性。o (2) (2)漏孔漏孔( (漏隙漏隙) )：真空器壁上形状不定的小孔洞，：真空器壁上形状不定的小孔洞，大气可以通过它进入真空系统大气可以通过它进入真空系统( (或真空容器或真空容器) )。o (3) (3)仪器灵敏度：亦称最佳灵敏度，即在最佳的工仪器灵敏度：亦称最佳灵敏度，即在最佳的工作状态下所能检出的最小漏率，用作状态下所能检出的最小漏率，用q qLeminLemin表示，是仪器表示，是仪器本身的一个重要特性。本身的一个重要特性。o (4) (4)检漏灵敏度：亦称有效灵敏度，即在具体检漏检漏灵敏度：亦称有效灵敏度，即在具体检漏条件下条件下( (不一定最佳不一定最佳) )所能看检出的最小漏率，用所能看检出的最小漏率，用q qLdminLdmin表示。只要改变检漏条件，其值是变化的，它反应出表示。只要改变检漏条件，其值是变化的，它反应出仪器灵敏度的发挥程度。仪器灵敏度的发挥程度。 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China1.6 1.6 检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念 o (5) (5)反应时间：从检漏方法开始实施反应时间：从检漏方法开始实施( (如示漏气体如示漏气体开始喷吹开始喷吹) )到指示方法或仪表的指示值上升到其最大到指示方法或仪表的指示值上升到其最大值的值的6363时所需的时间，称为反应时间，以时所需的时间，称为反应时间，以r r麦示，麦示，它与漏孔大小无关。它与漏孔大小无关。o (6) (6)消除时间消除时间c c：从检漏方法停止：从检漏方法停止( (如示漏气体停如示漏气体停止喷吹，开始被抽除止喷吹，开始被抽除) )到指示方法或仪表指示值下降到指示方法或仪表指示值下降至停止时值的至停止时值的37%37%所需的时间。所需的时间。o (7) (7)信噪比：定义为信噪比：定义为I II In n，其中，其中I In n表示在一定条件表示在一定条件下本底信号在一定时间内的最大波动量；下本底信号在一定时间内的最大波动量；I I表示在一表示在一定条件下，检漏方法或仪表指示的平均值。定条件下，检漏方法或仪表指示的平均值。o (8) (8)虚漏：由于设计和操作不妥，在系统内形成贮虚漏：由于设计和操作不妥，在系统内形成贮存气源的洞穴，其内气体慢慢地释放出来而形成漏气，存气源的洞穴，其内气体慢慢地释放出来而形成漏气，称为虚漏。称为虚漏。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2 2 检漏方法检漏方法o2.1 2.1 真空检漏法真空检漏法o2.2 2.2 充压检漏法充压检漏法o2.3 2.3 背压检漏法背压检漏法o2.4 2.4 各种检漏方法比较各种检漏方法比较Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.1 2.1 真空检漏法真空检漏法o 将被检件与检漏器将被检件与检漏器( (通常指检漏器的传感器通常指检漏器的传感器) )相相连，并将被检件抽真空，在被检件外施加示漏物质。连，并将被检件抽真空，在被检件外施加示漏物质。如果存在漏孔，示漏物质就会通过漏孔进入被检件如果存在漏孔，示漏物质就会通过漏孔进入被检件和检漏器，由检漏器测出示漏物质的存在和多少，和检漏器，由检漏器测出示漏物质的存在和多少，从而可以判定漏孔的位置和漏率。这种方法称为真从而可以判定漏孔的位置和漏率。这种方法称为真空检漏法。空检漏法。o 真空检漏法分为：静态升压法、动态法和探索真空检漏法分为：静态升压法、动态法和探索法三种。这里介绍探索法。法三种。这里介绍探索法。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China 探索法真空检漏系统探索法真空检漏系统Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.1 2.1 真空检漏法真空检漏法o 在探索法检漏中，检漏器、被检件及辅助真空系在探索法检漏中，检漏器、被检件及辅助真空系统的连接方式如上页图所示的两种方式。在系统正常统的连接方式如上页图所示的两种方式。在系统正常运转后就可以开始检漏工作。在示漏物质没有施加到运转后就可以开始检漏工作。在示漏物质没有施加到漏孔上时，检漏器漏孔上时，检漏器8 8的本底输出信号可以认为零的本底输出信号可以认为零( (或补或补偿到零偿到零) )。示漏物质施加到漏孔之后，示漏物质通过。示漏物质施加到漏孔之后，示漏物质通过漏孔进入检漏系统，使系统内各处示漏物质的分压力漏孔进入检漏系统，使系统内各处示漏物质的分压力开始升高，检漏器输出信号开始增大，直到示漏物质开始升高，检漏器输出信号开始增大，直到示漏物质抽走量等于进入量，即达到稳定状态时，检漏器输出抽走量等于进入量，即达到稳定状态时，检漏器输出信号最大。然后，若停止施加示漏物质，由于抽气作信号最大。然后，若停止施加示漏物质，由于抽气作用，系统内各处示漏物质分压力逐渐降低，检漏器输用，系统内各处示漏物质分压力逐渐降低，检漏器输出信号亦随之下降。最后，示漏物质趋于零本底值，出信号亦随之下降。最后，示漏物质趋于零本底值，检漏器输出信号亦趋于零。检漏器输出信号亦趋于零。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 2.2 充压检漏法充压检漏法o 在被检件内部充入一定压力的示漏物质，如在被检件内部充入一定压力的示漏物质，如有漏孔，示漏物质便通过漏孔漏出，在被检件外有漏孔，示漏物质便通过漏孔漏出，在被检件外部用某种检漏方法或检漏器进行检测，从而判定部用某种检漏方法或检漏器进行检测，从而判定漏孔的位置和漏率的方法称为充压检漏法。漏孔的位置和漏率的方法称为充压检漏法。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 2.2 充压检漏法充压检漏法o 充压检漏系统如充压检漏系统如右图所示。假设一漏右图所示。假设一漏率为率为q qL L的漏孔，检漏的漏孔，检漏时示漏气体通过该漏时示漏气体通过该漏孔的漏率为孔的漏率为q qL Ls s，其，其值可用下式计算：值可用下式计算：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 2.2 充压检漏法充压检漏法o在分子流情况下：在分子流情况下：o在粘滞流情况下：在粘滞流情况下：o式中式中 p psear sear 示漏气体压力；示漏气体压力； o p p0 0 大气压力大气压力(10(105 5Pa)Pa)；o p pairair被检件外侧压力被检件外侧压力( (通常为通常为10105 5PaPa或真空或真空) )；o M Msearsear， M Mairair分别为示漏气体和空气的摩尔质量；分别为示漏气体和空气的摩尔质量；osearsear，airair分别为示漏气体和空气的粘滞系数。分别为示漏气体和空气的粘滞系数。o由以上两式可知，增大充气压力由以上两式可知，增大充气压力p psearsear或选择较小的或选择较小的M Msearsear和和较小的较小的searsear的示漏气体，都可以提高充压检漏灵敏度。的示漏气体，都可以提高充压检漏灵敏度。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.2 2.2 充压检漏法充压检漏法o 在充压检漏时，应注意示漏气体的扩散作用，遵守在充压检漏时，应注意示漏气体的扩散作用，遵守如下几个原则：如下几个原则：o (1) (1)在条件允许的情况下，先将被检件抽空后再充在条件允许的情况下，先将被检件抽空后再充入示漏气体。这里所说的条件，主要指被检件的刚度是入示漏气体。这里所说的条件，主要指被检件的刚度是否允许抽空和现场是否有相应的抽真空设备；否允许抽空和现场是否有相应的抽真空设备；o (2) (2)选用扩散系数大的气体，如选用扩散系数大的气体，如HeHe、H H2 2等；等；o (3) (3)在被检件设计上，尽量减少盲管的数量或缩短在被检件设计上，尽量减少盲管的数量或缩短盲管长度；盲管长度；o (4) (4)合理选择充气位置，使其在被检件上位于示漏合理选择充气位置，使其在被检件上位于示漏气体的响应时间基本相等的部位。气体的响应时间基本相等的部位。o 最后，再次强调充压检漏时，必须注意充气压力的最后，再次强调充压检漏时，必须注意充气压力的安全问题。虽然增高充气压力可以提高检漏灵敏度，但安全问题。虽然增高充气压力可以提高检漏灵敏度，但是必须保证被检件的强度和人身安全，并保证检漏设备是必须保证被检件的强度和人身安全，并保证检漏设备和辅件不得损坏。和辅件不得损坏。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.3 2.3 背压检漏法背压检漏法o 背压检漏是充压检漏和真空检漏相结合的一种综合背压检漏是充压检漏和真空检漏相结合的一种综合检漏方法，适用于封离的电子器件、半导体器件等密封检漏方法，适用于封离的电子器件、半导体器件等密封件的无损检漏。件的无损检漏。o 背压检漏原理如下图所示。其检漏过程包括三个步背压检漏原理如下图所示。其检漏过程包括三个步骤：骤：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.3 2.3 背压检漏法背压检漏法o (1) (1)充压：将被检件在充有高压示漏气体的容器内存放充压：将被检件在充有高压示漏气体的容器内存放( (或称浸泡或称浸泡) )一定时间。若被检件有漏孔，示漏气体便通过一定时间。若被检件有漏孔，示漏气体便通过漏孔进入被检件的内部。并且，随着浸泡时间的增加和充漏孔进入被检件的内部。并且，随着浸泡时间的增加和充气压力的增高，被检件内部示漏气体的分压力逐渐升高。气压力的增高，被检件内部示漏气体的分压力逐渐升高。o (2) (2)净化：用干燥氮气或干燥空气流在充压容器外部或净化：用干燥氮气或干燥空气流在充压容器外部或在其内部吹被检件，在不具气源时也可以静置被检件，以在其内部吹被检件，在不具气源时也可以静置被检件，以便去除吸附在被检件外表面上的示漏气体。在净化过程中，便去除吸附在被检件外表面上的示漏气体。在净化过程中，一定有部分示漏气体从被检件内部经漏孔流失，导致被检一定有部分示漏气体从被检件内部经漏孔流失，导致被检件内部示漏气体分压力逐渐下降。净化时间越长，示漏气件内部示漏气体分压力逐渐下降。净化时间越长，示漏气体的分压降越大。体的分压降越大。o (3) (3)检漏：将净化后的被检件放入真空室，真空室与检检漏：将净化后的被检件放入真空室，真空室与检漏器相连，进行检漏。抽真空后，由于压差作用，示漏气漏器相连，进行检漏。抽真空后，由于压差作用，示漏气体通过漏孔从被检件内部流出，而后经过真空室进入检漏体通过漏孔从被检件内部流出，而后经过真空室进入检漏器，根据检漏器的输出指示判定漏孔的存在及其漏率。器，根据检漏器的输出指示判定漏孔的存在及其漏率。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.4 2.4 各种检漏方法比较各种检漏方法比较Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.4 2.4 各种检漏方法比较各种检漏方法比较Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China2.4 2.4 各种检漏方法比较各种检漏方法比较Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3 3 检漏仪检漏仪oo3.1 3.1 3.1 3.1 氦质谱检漏仪氦质谱检漏仪氦质谱检漏仪氦质谱检漏仪oo3.2 3.2 3.2 3.2 高频火花检漏仪高频火花检漏仪高频火花检漏仪高频火花检漏仪oo3.3 3.3 3.3 3.3 卤素检漏仪卤素检漏仪卤素检漏仪卤素检漏仪Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.1 3.1 氦质谱检漏仪氦质谱检漏仪oo3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理oo3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 逆流氦质谱检漏仪逆流氦质谱检漏仪逆流氦质谱检漏仪逆流氦质谱检漏仪oo3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 氦质谱检漏仪的灵敏度氦质谱检漏仪的灵敏度氦质谱检漏仪的灵敏度氦质谱检漏仪的灵敏度oo3.1.4 3.1.4 3.1.4 3.1.4 氦质谱检漏仪的示漏气体氦质谱检漏仪的示漏气体氦质谱检漏仪的示漏气体氦质谱检漏仪的示漏气体Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理oo 用氦气做示漏气体的专门用于检漏的质谱分析器叫做用氦气做示漏气体的专门用于检漏的质谱分析器叫做用氦气做示漏气体的专门用于检漏的质谱分析器叫做用氦气做示漏气体的专门用于检漏的质谱分析器叫做氦质谱检漏仪。其性能稳定且灵敏度高，是使用最普遍的氦质谱检漏仪。其性能稳定且灵敏度高，是使用最普遍的氦质谱检漏仪。其性能稳定且灵敏度高，是使用最普遍的氦质谱检漏仪。其性能稳定且灵敏度高，是使用最普遍的一种检漏仪器。一种检漏仪器。一种检漏仪器。一种检漏仪器。oo 氦质谱检漏仪是磁偏转型质谱分析仪器。单级磁偏转氦质谱检漏仪是磁偏转型质谱分析仪器。单级磁偏转氦质谱检漏仪是磁偏转型质谱分析仪器。单级磁偏转氦质谱检漏仪是磁偏转型质谱分析仪器。单级磁偏转氦质谱检漏仪的工作压力为氦质谱检漏仪的工作压力为氦质谱检漏仪的工作压力为氦质谱检漏仪的工作压力为10101010-2-2-2-210101010-3-3-3-3PaPaPaPa，灵敏度为，灵敏度为，灵敏度为，灵敏度为10101010-9-9-9-910101010-12 -12 -12 -12 PamPamPamPam3 3 3 3s s s s-1-1-1-1。近年来发展的逆流型氦质谱捡漏仪，改变了。近年来发展的逆流型氦质谱捡漏仪，改变了。近年来发展的逆流型氦质谱捡漏仪，改变了。近年来发展的逆流型氦质谱捡漏仪，改变了常规型仪器的结构布局，被检件置于主抽气泵的前级，适常规型仪器的结构布局，被检件置于主抽气泵的前级，适常规型仪器的结构布局，被检件置于主抽气泵的前级，适常规型仪器的结构布局，被检件置于主抽气泵的前级，适用大漏率或真空卫生较差的试件的检漏，其灵敏度可达用大漏率或真空卫生较差的试件的检漏，其灵敏度可达用大漏率或真空卫生较差的试件的检漏，其灵敏度可达用大漏率或真空卫生较差的试件的检漏，其灵敏度可达 10101010-12 -12 -12 -12 PamPamPamPam3 3 3 3s s s s-1-1-1-1。oo 氦质谱检漏仪主要由质谱室氦质谱检漏仪主要由质谱室氦质谱检漏仪主要由质谱室氦质谱检漏仪主要由质谱室( ( ( (其中包括离子源、分析器其中包括离子源、分析器其中包括离子源、分析器其中包括离子源、分析器和收集器和收集器和收集器和收集器) ) ) )、真空系统和电气部分组成。该类仪器是以检、真空系统和电气部分组成。该类仪器是以检、真空系统和电气部分组成。该类仪器是以检、真空系统和电气部分组成。该类仪器是以检测到的示漏气体测到的示漏气体测到的示漏气体测到的示漏气体氦的多少来进行检漏工作的，是根据带氦的多少来进行检漏工作的，是根据带氦的多少来进行检漏工作的，是根据带氦的多少来进行检漏工作的，是根据带电粒子不同的质荷比电粒子不同的质荷比电粒子不同的质荷比电粒子不同的质荷比(M(M(M(MZ)Z)Z)Z)而对它们进行分离和鉴测的。而对它们进行分离和鉴测的。而对它们进行分离和鉴测的。而对它们进行分离和鉴测的。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理oo 下图示出了下图示出了下图示出了下图示出了180180180180磁偏转型氦质谱检漏仪的质谱室原理磁偏转型氦质谱检漏仪的质谱室原理磁偏转型氦质谱检漏仪的质谱室原理磁偏转型氦质谱检漏仪的质谱室原理图。在质谱室内，由灯丝、离化室和加速极组成离子源；由图。在质谱室内，由灯丝、离化室和加速极组成离子源；由图。在质谱室内，由灯丝、离化室和加速极组成离子源；由图。在质谱室内，由灯丝、离化室和加速极组成离子源；由外加均匀磁场构成分析器；由出口缝隙、抑制栅和收集极构外加均匀磁场构成分析器；由出口缝隙、抑制栅和收集极构外加均匀磁场构成分析器；由出口缝隙、抑制栅和收集极构外加均匀磁场构成分析器；由出口缝隙、抑制栅和收集极构成收集器。成收集器。成收集器。成收集器。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 在离子源内，气体分子被由灯丝发射的并具有一定能量的电在离子源内，气体分子被由灯丝发射的并具有一定能量的电子电离成离子，在电场作用下离子聚焦成束，并在加速电压作用子电离成离子，在电场作用下离子聚焦成束，并在加速电压作用下，以一定的速度经过离子加速极的缝隙进入分析器。在分析器下，以一定的速度经过离子加速极的缝隙进入分析器。在分析器中，在与离子运动方向相垂直的均匀磁场作用下，具有一定速度中，在与离子运动方向相垂直的均匀磁场作用下，具有一定速度的离子将按圆形轨道运动，其离子束偏转半径可由下式计算：的离子将按圆形轨道运动，其离子束偏转半径可由下式计算：o R R=(2=(2mUmU/(/(ZeZe) /) /B Bo式中式中 e e 基本电荷量（基本电荷量（1.6101.610-19-19 C C）；）； m m 离子质量（离子质量（1.66101.6610-27-27M Mkgkg，M M为离子的质量数）；为离子的质量数）； U U 离子加速电压，离子加速电压，V V； B B 磁感应强度，磁感应强度，T T； R R 离子轨道半径，离子轨道半径，m m； Z Z 离子所带基本电荷数。离子所带基本电荷数。o 上式也可写成如下便于计算的公式：上式也可写成如下便于计算的公式：o R R= 1.4410= 1.4410-4-4（MU/ZMU/Z）/B/Bo式中式中 M/Z M/Z 离子的质荷比，即离子的质量数与电荷数之比。离子的质荷比，即离子的质量数与电荷数之比。3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 由上式可见，当由上式可见，当B B和和U U为定值时，不同质荷比的离子有为定值时，不同质荷比的离子有不同的偏转半径。只有离子的偏转半径与分析器的几何半不同的偏转半径。只有离子的偏转半径与分析器的几何半径径( (质谱室原理图中，离子入口缝质谱室原理图中，离子入口缝S S1 1和出口缝和出口缝S S2 2所在圆的半所在圆的半径径) )相等的离子束相等的离子束( (原理图中的原理图中的2)2)才能通过出口缝隙才能通过出口缝隙S S2 2到达到达收集极收集极D D形成离子流。而其它质荷比的离子束形成离子流。而其它质荷比的离子束( (如原理图中如原理图中的的1 1和和3)3)，则以不同于分析器几何半径的偏转半径而被分离，则以不同于分析器几何半径的偏转半径而被分离掉。掉。o 例如，有台检漏仪，例如，有台检漏仪，R R=4cm=4cm，B B=0.14T=0.14T，示漏气体为，示漏气体为HeHe（其一价氦离子的质荷比（其一价氦离子的质荷比M/ZM/Z=4=4），问其加速电压应调到），问其加速电压应调到多大才可进行检漏？多大才可进行检漏？o 由上式可得：由上式可得：o即加速电压调至即加速电压调至378V378V就能进行检漏。就能进行检漏。3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 为了使离子流信号有一定的量值，质谱室为了使离子流信号有一定的量值，质谱室中的离子出口缝隙中的离子出口缝隙S S2 2有一定宽度。加速电压有一定宽度。加速电压U U有一个调节范围，调加速电压以使检漏仪输出有一个调节范围，调加速电压以使检漏仪输出信号最大，此时的加速电压称为信号最大，此时的加速电压称为“氦峰氦峰”。3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 单级磁偏转型氦质谱仪的磁分析器，也可以采用单级磁偏转型氦质谱仪的磁分析器，也可以采用6060或或9090偏转，其原理图如下图所示。偏转，其原理图如下图所示。3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao双级串联磁偏转型检漏仪工作原理双级串联磁偏转型检漏仪工作原理3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 如上图所示，在两个分析器中间，即在中间如上图所示，在两个分析器中间，即在中间缝隙缝隙S S2 2与邻近的挡板间设置加速电场，使离子在与邻近的挡板间设置加速电场，使离子在进入第二分析器之前再次加速。因此，那些具有进入第二分析器之前再次加速。因此，那些具有氦离子动量相同的其它气体离子，虽然可以通过氦离子动量相同的其它气体离子，虽然可以通过第一个分析器，但经过第二次加速进入第二分析第一个分析器，但经过第二次加速进入第二分析器时，由于其动量与氦离子动量不同而被分离。器时，由于其动量与氦离子动量不同而被分离。这样一来使得仪器本底信号及噪声显著减小，提这样一来使得仪器本底信号及噪声显著减小，提高了仪器灵敏度。通常，单级磁偏转型氦质谱检高了仪器灵敏度。通常，单级磁偏转型氦质谱检漏仪的灵敏度为漏仪的灵敏度为1010-9-91010-12-12 Pam Pam3 3s s-1-1，而双级串联，而双级串联磁偏转型灵敏度可达磁偏转型灵敏度可达1010-14-141010-15 -15 PamPam3 3s s-1-1。3.1.1 3.1.1 氦质谱检漏仪工作原理氦质谱检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao逆流氦质谱检漏仪的工作原理逆流氦质谱检漏仪的工作原理3.1.2 3.1.2 逆流氦质谱检漏仪逆流氦质谱检漏仪Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 逆流氦质谱检漏仪的结构示意图如上图所示。仪逆流氦质谱检漏仪的结构示意图如上图所示。仪器的质谱室位于主泵的入口一侧，被检件位于主泵的器的质谱室位于主泵的入口一侧，被检件位于主泵的前级真空一侧。由于漏入被检件的示漏气体在主泵中前级真空一侧。由于漏入被检件的示漏气体在主泵中逆流进入质谱室，所以称这种检漏仪为逆流检漏仪。逆流进入质谱室，所以称这种检漏仪为逆流检漏仪。o 以扩散泵为主泵的逆流氦质谱检漏仪是根据油扩以扩散泵为主泵的逆流氦质谱检漏仪是根据油扩散泵压缩比与气体种类有关的原理制成的。多级扩散散泵压缩比与气体种类有关的原理制成的。多级扩散泵的压缩比对于氦气可以达到泵的压缩比对于氦气可以达到10102 2；对于空气中其它；对于空气中其它成分为成分为10104 410106 6。o 涡轮分子泵对轻质量气体压缩比小，也用作逆流涡轮分子泵对轻质量气体压缩比小，也用作逆流检漏仪的主泵。因此，在逆流氦质谱检漏仪中，氦气检漏仪的主泵。因此，在逆流氦质谱检漏仪中，氦气通过漏孔和被检件进入主泵前级管道后，仍有部分氦通过漏孔和被检件进入主泵前级管道后，仍有部分氦气穿过主泵返流到质谱室中去，并输出漏气信号。此气穿过主泵返流到质谱室中去，并输出漏气信号。此种检漏仪的灵敏度可达到种检漏仪的灵敏度可达到1010-8-81010-12-12PamPam3 3s s-1-1。3.1.2 3.1.2 逆流氦质谱检漏仪逆流氦质谱检漏仪Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 在检漏仪处于最佳工作条件下，以一个标准大气在检漏仪处于最佳工作条件下，以一个标准大气压的纯氦气为示漏气体，进行动态检漏时，所能检出压的纯氦气为示漏气体，进行动态检漏时，所能检出的最小漏孔的漏率称为氦质谱检漏仪的漏率灵敏度，的最小漏孔的漏率称为氦质谱检漏仪的漏率灵敏度，或称最小可检漏率。或称最小可检漏率。o 在检漏仪质谱室处于工作压力下，仪器可检出的在检漏仪质谱室处于工作压力下，仪器可检出的氦分压比的最小变化量称为分压比灵敏度，亦称为最氦分压比的最小变化量称为分压比灵敏度，亦称为最小可检分压比，记作小可检分压比，记作minmin。（也称浓度灵敏度或最小。（也称浓度灵敏度或最小可检浓度）可检浓度）o 灵敏度的校准应用灵敏度的校准应用“标准漏孔标准漏孔”在校准系统上进在校准系统上进行。多用玻璃行。多用玻璃- -铂丝型和带氦室的石英薄膜渗氦型标铂丝型和带氦室的石英薄膜渗氦型标准漏孔。准漏孔。3.1.3 3.1.3 氦质谱检漏仪的灵敏度氦质谱检漏仪的灵敏度Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao质谱检漏仪用氦为示漏气体原因质谱检漏仪用氦为示漏气体原因（1 1）氦在空气中及残余气体中含量最少。）氦在空气中及残余气体中含量最少。（2 2）氦质量轻，易于穿过漏孔，扩散也快，检漏）氦质量轻，易于穿过漏孔，扩散也快，检漏 灵敏度高。灵敏度高。（3 3）氦是惰性气体，不污染环境。）氦是惰性气体，不污染环境。（4 4）氦离子的质荷比利于离子分离。）氦离子的质荷比利于离子分离。 （M M/ /Z Z) )HeHe+ +4 4 （M M/ /Z Z) )H H2 2+ +2 2 （M M/ /Z Z) )C C+6 63.1.4 3.1.4 氦质谱检漏仪的示漏气体氦质谱检漏仪的示漏气体Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao3.2.1 3.2.1 高频火花检漏仪工作原理高频火花检漏仪工作原理o3.2.2 3.2.2 高频火花检漏仪检漏方法高频火花检漏仪检漏方法o3.2.3 3.2.3 用高频火花检漏仪估计真空度用高频火花检漏仪估计真空度o3.2.4 3.2.4 用高频火花检漏仪时注意事项用高频火花检漏仪时注意事项3.2 3.2 高频火花检漏仪高频火花检漏仪Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 高频火花检漏仪实际上是一个小功率、高高频火花检漏仪实际上是一个小功率、高频、高压塔式线圈，利用其尖端产生的高频火频、高压塔式线圈，利用其尖端产生的高频火花搜寻漏孔。它主要是用于检漏玻璃系统或器花搜寻漏孔。它主要是用于检漏玻璃系统或器件，亦可用于检漏金属系统，但需利用金属系件，亦可用于检漏金属系统，但需利用金属系统上的玻璃规管或盲管。其主要优点是结构简统上的玻璃规管或盲管。其主要优点是结构简单、使用方便。单、使用方便。3.2.1 3.2.1 高频火花检漏仪工作原理高频火花检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao振动子式高频火花检漏仪振动子式高频火花检漏仪3.2.1 3.2.1 高频火花检漏仪工作原理高频火花检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 振动子式高频火花检漏仪的结构原理如上图所示。振动子式高频火花检漏仪的结构原理如上图所示。它包括蜂鸣器线圈它包括蜂鸣器线圈L L、振动子、振动子( (火花隙火花隙) )G G、塔式线圈、塔式线圈T T以以及电容器及电容器C C等。共工作原理是：在初始位置时，振动子等。共工作原理是：在初始位置时，振动子的磁舌的磁舌( (动触点动触点) )是接触的。当电源接通后，蜂鸣器线圈是接触的。当电源接通后，蜂鸣器线圈产生足够大的吸力使磁舌与触点断开于是形成由电容产生足够大的吸力使磁舌与触点断开于是形成由电容器器C C和谐振线圈和谐振线圈( (塔式线圈原级塔式线圈原级) )的串联回路。由于阻抗的串联回路。由于阻抗增大，蜂鸣器线圈中电流减小，吸力减弱，释放磁舌，增大，蜂鸣器线圈中电流减小，吸力减弱，释放磁舌，使其与触点间不断接触。如此反复就使磁舌产生振动，使其与触点间不断接触。如此反复就使磁舌产生振动，即磁舌与触点间不断接触和断开形成火花放电。火花隙即磁舌与触点间不断接触和断开形成火花放电。火花隙G G、电容器、电容器C C及谐振线圈组成一高频谐振回路，产生高频及谐振线圈组成一高频谐振回路，产生高频电压，故在塔式线圈次级上感应出高频高压脉冲，经放电压，故在塔式线圈次级上感应出高频高压脉冲，经放电尖端电尖端F F放出高频火花。放出高频火花。o 振动子式高频火花检漏仪的优点是不需用恒流变压振动子式高频火花检漏仪的优点是不需用恒流变压器，故体积小，轻便，但振荡不够稳定。器，故体积小，轻便，但振荡不够稳定。3.2.1 3.2.1 高频火花检漏仪工作原理高频火花检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao (1) (1)火花法火花法 火花法只适用于检漏玻璃系统或器火花法只适用于检漏玻璃系统或器件。检漏时，用放电尖端搜寻漏孔。若没有漏孔，放件。检漏时，用放电尖端搜寻漏孔。若没有漏孔，放电尖端产生的火花束在玻璃表面上不规则地跳跃，并电尖端产生的火花束在玻璃表面上不规则地跳跃，并向四周发散；遇有漏孔时，因大气经过漏孔进入真空向四周发散；遇有漏孔时，因大气经过漏孔进入真空系统，当放电尖端移到漏孔处时，就将该气流电离，系统，当放电尖端移到漏孔处时，就将该气流电离，被电离的气体的导电率远大于玻璃的导电率，所以分被电离的气体的导电率远大于玻璃的导电率，所以分散的火花束就集中起来形成一个细长明亮的火花束，散的火花束就集中起来形成一个细长明亮的火花束，其尾端正好指向漏孔。这样便可判断被检系统或器件其尾端正好指向漏孔。这样便可判断被检系统或器件是否有漏孔及漏孔所在。是否有漏孔及漏孔所在。3.2.2 3.2.2 高频火花检漏仪检漏方法高频火花检漏仪检漏方法Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao (2) (2)放电法放电法 放电法既适用于检漏玻璃系统，也放电法既适用于检漏玻璃系统，也适用于检漏金属系统。但检漏金属系统时需借助于玻适用于检漏金属系统。但检漏金属系统时需借助于玻璃规管或盲管。放电法是利用低其空中气体放电的颜璃规管或盲管。放电法是利用低其空中气体放电的颜色进行检漏的。当检漏仪放电尖端的火花打在真空度色进行检漏的。当检漏仪放电尖端的火花打在真空度为几千为几千1Pa1Pa真空系统的波璃壁上时，因感应会使系真空系统的波璃壁上时，因感应会使系统内气体产生辉光放电。放电颜色与气体种类有关，统内气体产生辉光放电。放电颜色与气体种类有关，各种气体或蒸气在真空中放电的颜色如下表所示。检各种气体或蒸气在真空中放电的颜色如下表所示。检漏开始时，系统内是空气，其辉光呈紫红色。此时，漏开始时，系统内是空气，其辉光呈紫红色。此时，若用蘸有乙醚、酒精、丙酮、汽油或其它一些易挥发若用蘸有乙醚、酒精、丙酮、汽油或其它一些易挥发的碳氢化合物的棉花在系统外表涂擦或喷射时，如有的碳氢化合物的棉花在系统外表涂擦或喷射时，如有漏孔，则乙醚等蒸气会通过漏孔进入系统，立刻使辉漏孔，则乙醚等蒸气会通过漏孔进入系统，立刻使辉光颜色变成蓝色，据此可以判定是否有漏孔及漏孔所光颜色变成蓝色，据此可以判定是否有漏孔及漏孔所在位置。在位置。3.2.2 3.2.2 高频火花检漏仪检漏方法高频火花检漏仪检漏方法Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.2.2 3.2.2 高频火花检漏仪检漏方法高频火花检漏仪检漏方法各种气体或蒸气的辉光颜色各种气体或蒸气的辉光颜色Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.2.3 3.2.3 用高频火花检漏仪估计真空度用高频火花检漏仪估计真空度o 高频火花检漏仪适用压力范围为高频火花检漏仪适用压力范围为10103 31010-1-1PaPa，其最小可检漏率其最小可检漏率q qLdminLdmin为为1010-3-31010-4-4PamPam3 3s s-1-1。由于气。由于气体辉光放电的颜色随压力的变化而不同，因而还可体辉光放电的颜色随压力的变化而不同，因而还可用高频火花检漏仪粗略地估计真空系统或器件的真用高频火花检漏仪粗略地估计真空系统或器件的真空度。空度。o 以空气为例，其辉光放电的颜色和压力的关系以空气为例，其辉光放电的颜色和压力的关系如下表所示。如下表所示。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 由表可以看出：系统在大气或由表可以看出：系统在大气或1010-2-2PaPa以下高以下高真空时，均无色。那么如何判别一个密闭器件真空时，均无色。那么如何判别一个密闭器件( (如电子管如电子管) )是大气还是是大气还是1010-2-2PaPa以下高真空呢？这以下高真空呢？这只需将其一个电极接地，用高频火花检漏仪放只需将其一个电极接地，用高频火花检漏仪放电尖端碰上另一个电极。在大气时，两个电极电尖端碰上另一个电极。在大气时，两个电极间将产生强烈地脉络跳火；在间将产生强烈地脉络跳火；在1010-2-2PaPa以下高真空以下高真空时，则无跳火。时，则无跳火。3.2.3 3.2.3 用高频火花检漏仪估计真空度用高频火花检漏仪估计真空度Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao (1) (1)在检漏前，应将玻璃表面或内壁粘附在检漏前，应将玻璃表面或内壁粘附( (或夹杂或夹杂) )的金的金属粉屑等清除干净。否则，由于金属粉屑的存在会造成错误属粉屑等清除干净。否则，由于金属粉屑的存在会造成错误的信号，或在金属粉屑处将系统烧穿。的信号，或在金属粉屑处将系统烧穿。o (2) (2)在检漏过程中，要适当调节火花束，不要过强；在在检漏过程中，要适当调节火花束，不要过强；在搜寻漏孔时，不可在一处停留时间过长。否则，系统会因局搜寻漏孔时，不可在一处停留时间过长。否则，系统会因局部受火花灼热而被打穿。部受火花灼热而被打穿。o (3) (3)不可将放电尖端移到易燃烧物质附近，以免引起火不可将放电尖端移到易燃烧物质附近，以免引起火灾。灾。o (4) (4)避免人体触及放电尖端，以防触电。避免人体触及放电尖端，以防触电。o (5) (5)在用高频火花检漏仪检漏时，要考虑放电火花对真在用高频火花检漏仪检漏时，要考虑放电火花对真空测量的影响。放电火花能使去气不良的系统器壁放气，因空测量的影响。放电火花能使去气不良的系统器壁放气，因而真空系统的真空度降低；反之，如果真空系统去气良好，而真空系统的真空度降低；反之，如果真空系统去气良好，则放电火花会激起真空系统内气体放电，因而真空系统的真则放电火花会激起真空系统内气体放电，因而真空系统的真空度提高。空度提高。3.2.4 3.2.4 使用高频火花检漏仪时注意事项使用高频火花检漏仪时注意事项Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.3 3.3 卤素检漏仪卤素检漏仪o3.3.13.3.1卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理oo3.3.23.3.23.3.23.3.2卤素检漏仪检漏方法卤素检漏仪检漏方法卤素检漏仪检漏方法卤素检漏仪检漏方法oo3.3.33.3.33.3.33.3.3卤素检漏仪示漏气体卤素检漏仪示漏气体卤素检漏仪示漏气体卤素检漏仪示漏气体oo3.3.43.3.43.3.43.3.4卤素检漏仪使用注意事项卤素检漏仪使用注意事项卤素检漏仪使用注意事项卤素检漏仪使用注意事项Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China3.3.1 3.3.1 卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理o 当铂被加热至当铂被加热至800800以上时，其表面就有正以上时，其表面就有正离子发射，正离子流离子发射，正离子流I Ii i的大小除决定于加热温度的大小除决定于加热温度外，还与气体种类有很大关系，特别是遇到卤素外，还与气体种类有很大关系，特别是遇到卤素气体后，正离子流气体后，正离子流I Ii i急剧增大，这就是所谓的急剧增大，这就是所谓的“卤素效应卤素效应”。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 卤素检漏仪就是基于卤素卤素检漏仪就是基于卤素效应制成的，其工作原理图如效应制成的，其工作原理图如右图所示。它由检漏管右图所示。它由检漏管l l和测量和测量线路线路2 2两部分组成。检漏管的发两部分组成。检漏管的发射极射极F-FF-F与收集极与收集极C C之间加以之间加以5050500V500V直流电压，这时发射体直流电压，这时发射体被加热至高温，因而就有正离被加热至高温，因而就有正离子发射，发射本底值由指示仪子发射，发射本底值由指示仪表表A A指示出来。若有漏孔时，指示出来。若有漏孔时，示漏气体将经过漏孔进入检漏示漏气体将经过漏孔进入检漏管，产生卤素效应，使正离子管，产生卤素效应，使正离子流流I Ii i剧增，由指示仪表反映出剧增，由指示仪表反映出来，同时扬声器将发出来，同时扬声器将发出“嘎嘎嘎嘎”声。据此便可确定漏孔位置，声。据此便可确定漏孔位置，并可粗略地估计漏率大小。并可粗略地估计漏率大小。3.3.1 3.3.1 卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao检漏管的结构原理：检漏管的结构原理：o 检漏管的结构原理图如右检漏管的结构原理图如右图所示。实际上它是一个铂二图所示。实际上它是一个铂二极管，其发射极极管，其发射极F-FF-F用铂丝绕用铂丝绕在瓷管上，呈螺旋线形状。有在瓷管上，呈螺旋线形状。有的采用间热式结构，即铂螺旋的采用间热式结构，即铂螺旋丝只起加热器的作用，而在它丝只起加热器的作用，而在它的外面有一个铂筒作发射极。的外面有一个铂筒作发射极。间热式结构的惰性大，但其正间热式结构的惰性大，但其正离子发射较直热式结构稳定。离子发射较直热式结构稳定。收集极为一铂筒，也可以用不收集极为一铂筒，也可以用不锈钢代替铂。发射极、收集极锈钢代替铂。发射极、收集极均装在玻璃芯柱上，然后封装均装在玻璃芯柱上，然后封装在玻璃在玻璃( (或金属或金属) )壳体内。壳体内。3.3.1 3.3.1 卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 卤素检漏仪按其工作条件可分为固定式和携卤素检漏仪按其工作条件可分为固定式和携带式两类。带式两类。o (1) (1)固定式：固定式卤素检漏仪由检漏管、喷枪固定式：固定式卤素检漏仪由检漏管、喷枪和测量线路等三部分组成。和测量线路等三部分组成。o 检漏管：是卤素检漏仪的敏感元件，根据实际工检漏管：是卤素检漏仪的敏感元件，根据实际工作的需要，有玻璃壳的，金属壳的和插入式的三种；作的需要，有玻璃壳的，金属壳的和插入式的三种；o 喷枪：是喷吹试验气体用的喷嘴，制成手枪式，喷枪：是喷吹试验气体用的喷嘴，制成手枪式，用改变喷嘴和控制流量阀来调节试验气体的流量；用改变喷嘴和控制流量阀来调节试验气体的流量；o 测量线路：是卤素检漏仪的重要组成部分。它包测量线路：是卤素检漏仪的重要组成部分。它包括直流稳压电源、离子流放大器和指示仪表、音频振括直流稳压电源、离子流放大器和指示仪表、音频振荡器和音响指示等三部分。荡器和音响指示等三部分。o 为操作方便，多在仪器内装有音频振荡器，其频为操作方便，多在仪器内装有音频振荡器，其频率为率为2 24Hz4Hz，该音频信号经放大后由喇叭或耳机输出。，该音频信号经放大后由喇叭或耳机输出。3.3.1 3.3.1 卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao (2) (2)移动式移动式( (携带式携带式) )：携带式卤素检漏仪由探枪和：携带式卤素检漏仪由探枪和测量线路两部分组成。测量线路两部分组成。o 探枪：是检漏管和风扇的组合件，制成手枪式，探枪：是检漏管和风扇的组合件，制成手枪式，用以吸入并感受试验气体；用以吸入并感受试验气体；o 测量线路：与固定式卤素检漏仪测量线路基本相测量线路：与固定式卤素检漏仪测量线路基本相同。同。3.3.1 3.3.1 卤素检漏仪工作原理卤素检漏仪工作原理Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao检漏方法有真空法和加压法两种：检漏方法有真空法和加压法两种：o (1) (1)真空法：将检漏管装在被检系统上并抽真空。真空法：将检漏管装在被检系统上并抽真空。检漏时，用喷枪在被检系统可疑处喷吹。若有漏孔时，检漏时，用喷枪在被检系统可疑处喷吹。若有漏孔时，示漏气体经漏孔进入被检系统和检漏管内，产生卤素示漏气体经漏孔进入被检系统和检漏管内，产生卤素效应，离子流效应，离子流I Ii i剧增，在指示仪表和蜂鸣器同时反映剧增，在指示仪表和蜂鸣器同时反映出来。据此可判定漏孔位置并粗略地估计漏孔漏率。出来。据此可判定漏孔位置并粗略地估计漏孔漏率。此法适用于固定式卤素检漏仪。此法适用于固定式卤素检漏仪。3.3.2 3.3.2 卤素检漏仪检漏方法卤素检漏仪检漏方法Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao (2) (2)加压法：将示漏气体压入被检系统中，使其压加压法：将示漏气体压入被检系统中，使其压力高于大气压。检漏时，用探枪在被检系统外表面可力高于大气压。检漏时，用探枪在被检系统外表面可疑处移动，若有漏孔时，从漏孔逸出的示漏气体就被疑处移动，若有漏孔时，从漏孔逸出的示漏气体就被探枪吸入并进入检漏管内，产生卤素效应，离子流探枪吸入并进入检漏管内，产生卤素效应，离子流I Ii i剧增，在指示仪表和蜂鸣器同时反映出来，即表示有剧增，在指示仪表和蜂鸣器同时反映出来，即表示有漏孔存在，并可粗略地估计漏率。此法适用携带式卤漏孔存在，并可粗略地估计漏率。此法适用携带式卤素检漏仪。素检漏仪。3.3.2 3.3.2 卤素检漏仪检漏方法卤素检漏仪检漏方法Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao 原则上讲，凡含有卤素物质或气体的混合物均可原则上讲，凡含有卤素物质或气体的混合物均可作示漏气体。但在选用示漏气体时，要考虑取得难易、作示漏气体。但在选用示漏气体时，要考虑取得难易、使用效果、价格以及对设备，人员的危害程度。目前使用效果、价格以及对设备，人员的危害程度。目前常用的示漏气体有氟里昂、氯仿等。氟里昂常用的示漏气体有氟里昂、氯仿等。氟里昂(CF(CF2 2ClCl2 2) )无毒无味，多贮存在高压钢瓶内，检漏效果最好，目无毒无味，多贮存在高压钢瓶内，检漏效果最好，目前采用氟里昂作示漏气体的最多；氯仿即三氯甲烷前采用氟里昂作示漏气体的最多；氯仿即三氯甲烷CHClCHCl3 3，无色，是透明易挥发的液体，臭味特殊、味，无色，是透明易挥发的液体，臭味特殊、味微甜、遇光易变质，使用效果较好。微甜、遇光易变质，使用效果较好。o 另外，还有四氯化碳、三氯乙烯、氟氯烷等也可另外，还有四氯化碳、三氯乙烯、氟氯烷等也可作示漏气体。作示漏气体。o 卤素检漏仪适用的压力范围为卤素检漏仪适用的压力范围为10101010-1-1PaPa，其最，其最小可检漏率小可检漏率q qLdminLdmin为为1010-7-71010-9-9PamPam3 3s s-1-1。3.3.3 3.3.3 卤素检漏仪示漏气体卤素检漏仪示漏气体Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, Chinao注意事项注意事项o (1) (1)对被检件需进行清洁、干燥处理，疏通漏孔。对被检件需进行清洁、干燥处理，疏通漏孔。o (2) (2)用氟里昂作示漏气体时，因其比空气重，所以用氟里昂作示漏气体时，因其比空气重，所以要先检下部后检上部；先从检漏管附近检，逐渐由近要先检下部后检上部；先从检漏管附近检，逐渐由近至远。至远。o (3) (3)喷吹示漏气体的时间不要过长，严禁蒸气进入喷吹示漏气体的时间不要过长，严禁蒸气进入检漏管，以防检漏管中毒。检漏管，以防检漏管中毒。o (4) (4)喷枪的移动速度要适当，一般应小于喷枪的移动速度要适当，一般应小于3cms3cms-1-1。o (5) (5)检漏现场通风要良好，以防止卤素污染环境。检漏现场通风要良好，以防止卤素污染环境。o (6) (6)检漏现场严禁吸烟，以防香烟中含有的卤素气检漏现场严禁吸烟，以防香烟中含有的卤素气体影响检漏的可靠性。体影响检漏的可靠性。3.3.4 3.3.4 卤素检漏仪使用注意事项卤素检漏仪使用注意事项Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China课程结束谢谢 谢谢 大大 家！家！E N D