1、氦質譜檢漏儀基本原理簡介氦質譜檢漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用于檢漏的儀器，它具有性能穩定、靈敏度高的特點。是真空檢漏技術中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。    氦質譜檢漏儀是磁偏轉型的質譜分析計。單級磁偏轉型儀器靈敏度為lO-910-12Pam3s，廣泛地用于各種真空系統及零部件的檢漏。雙級串聯磁偏轉型儀器與單級磁偏轉型儀器相比較，本底噪聲顯著減小其靈敏度可達10-1410-15Pam3s，適用于超高真空系統、零部件及元器件的檢漏。逆流氦質譜檢漏儀改變了常規型儀器的結構布局，被檢件置于檢漏儀主抽泵的前級部位，因此具有可在高壓力下檢漏、不用液氮及質譜

2、室污染小等特點適用于大漏率、真空衛生較差的真空系統的檢漏，其靈敏度可達10-12Pam3s。    (1)工作原理與結構    氦質譜檢漏儀由離子源、分析器、收集器、冷陰極電離規組成的質譜室和抽氣系統及電氣部分等組成。    單級磁偏轉型氦質譜檢漏儀    現以HZJl型儀器為例介紹單級磁偏轉型氦質譜檢漏儀。    在質譜室內有：由燈絲、離化室、離子加速極組成離子源；由外加均勻磁場、擋板及出口縫隙

3、組成分析器；由抑制柵、收集極及高阻組成收集器；第一級放大靜電計管和冷陰極電離規。    在離化室N內，氣體電離成正離子，在電場作用下離子聚焦成束。并在加速電壓作用下以一定的速度經過加速極S1的縫隙進入分析器。在均勻磁場的作用下，具有一定速度的離子將按圓形軌跡運動，其偏轉半徑可計算。    可見，當B和U為定值時，不同質荷比me-1的離子束的偏轉半徑R不同。儀器的B和R是固定的，調節加速電壓U使氦離子束恰好通過出口縫隙S2，到達收集器D，形成離子流并由放大器放大。使其由輸出表和音響指示反映出來；而不同于氦質荷比的離子

4、束(me-1)1(me-1)3因其偏轉半徑與儀器的R值不同無法通過出口縫隙S2，所以被分離出來。(me-1)2=4，即He+的質荷比，除He+之外，C卅很少，可忽略。    雙級串聯磁偏轉型氦質譜檢漏儀   由于兩次分析，減少了非氦離子到達收集器的機率。并且，如在兩個分析器的中間，即圖中的中間縫隙S2與鄰近的擋板間設置加速電場，使離子在進入第二個分析器前再次被加速。那些與氦離子動量相同的非氦離子，雖然可以通過第一個分析器，但是，經第二次加速進入第二個分析器后，由于其動量與氦離子的不同而被分離出來。由于二次分離，儀器本底及本底

5、噪聲顯著地減小，提高了儀器靈敏度。    逆流氦質譜檢漏儀    逆流氦質譜檢漏儀是根據油擴散泵或分子泵的壓縮比與氣體種類有關的原理制成的。例如，多級油擴散泵對氦氣的壓縮比為102；對空氣中其它成分的壓縮比為lO4106。檢漏時，通過被檢件上漏孔進入主抽泵前級部位的氦氣，仍有部分返流到質譜室中去，并由儀器的輸出指示示出漏氣訊號。這就是逆流氦頃質譜檢漏儀的工作原理。    (2)性能試驗方法    靈敏度、反應時間、清除時間、工作真空度、

6、極限真空度及儀器入口處抽速是評價氦質譜檢漏儀的主要性能指標。    靈敏度及其校準    氦質譜檢漏儀靈敏度，通常指儀器的最小可檢漏率。記為qL.min，即在儀器處于最佳工作條件下，以一個大氣壓的純氦氣為示漏氣體，進行動態檢漏時所能檢測出的最小漏孔漏率。所謂“最佳工作條件”是指儀器參數調整到最佳值，被檢件出氣少且沒有大漏孔等條件。所謂“動態檢漏”是指檢漏儀器本身的抽氣系統仍在正常抽氣。儀器的反應時間不大于3s。所謂“最小可檢”是指檢漏訊號為儀器本底噪聲的兩倍時，才能認定有漏氣訊號輸出。所謂“漏孔漏率”是指一個大氣壓

7、的干燥空氣通過漏孔漏向真空側的漏氣速率。儀器本底噪聲，一般指在2min內輸出儀表的最大波動量。    漏率靈敏度標準系統即為標準漏孔5進氣端提供壓力為pHe的純氦氣。輔助泵6的任務是預抽。用干燥瓶4和針閥2調節儀器工作壓力。如果儀器本底為I0，本底噪聲為In，標準漏孔對空氣的標稱漏率為qL.o，當其進氣壓力為pHe時的儀器訊號為I，則儀器靈敏度。    如果檢漏時用輔助系統抽氣(即對示漏氦氣有分流)。或用累積法檢漏時，給出儀器最小可檢氦濃度(即濃度靈敏度)。記為min，能較方便地估計檢漏效果。  

8、;  濃度靈敏度校準系統中應用一流量計測出通過針閥2進入儀器的空氣流率qL.o，則儀器濃度靈敏度成。    反應時間、清除時間及其測定    反應時間是指儀器節流閥完全開啟，本底訊號為零(或補償到零)時，由恒定的氦流量使輸儀表訊號上升到最大值的(1-e-1)倍(即O.63)所需要的時間，記為R。    清除時間是指輸出儀表訊號穩定到最大值后，停止送氦，其訊號下降到最大值的e-1倍(即O.37)所需要的時間，記為C。   

9、60;反應時間和清除時間的測定裝置    工作真空、極限真空及入口處抽速    質譜室極限真空，尤其是工作真空及入口處抽速是表征儀器性能的重要參數。利用檢漏儀的真空規可以測定儀器的極限真空和工作真空。利用流量計可測定儀器入口處抽速。氦質譜檢漏儀原理氦質譜檢漏儀原理 一、為什么要檢漏泄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

10、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，后果嚴重，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、泄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 ba

11、r，則漏率可量化為：這種程度的泄漏是很嚴重的，這個漏率是很高的，用我們常用的檢漏方式就能檢測到漏點：將車胎放入水中，有氣泡出來的地方就是漏點。例二、冰箱 1 年內，雪種泄漏了10 克（分子量 102 g/mol），大約是 2.24 bar·l，則漏率可量化為：這種程度的泄漏對冰箱來說，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、氦質譜檢漏儀原理有兩種方式可以檢測出泄漏：1. 示蹤氣體 A 放在容器里面，處于正壓，然后用儀器去檢

12、測，容器外圍是否有氣體 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，并能大概判斷泄漏的程度。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，用儀器去檢測容器里面是否有氣體 A。這種方式能檢測出漏點，并能測知漏率。這種檢漏方式叫真空檢漏。如何選擇檢漏方式，與檢測對象的工作環境有很大關系，盡量做到與檢測對象的工作狀態一致。如檢測對象工作時內部處于正壓，則用正壓模式，如檢測對象工作時內部處于負壓，則用真空模式。四、示蹤氣體的選擇對示蹤氣體的要求：一般檢漏都用氦氣（He）作為示蹤氣體，也有用氫氣

13、（H2）作為示蹤氣體的。Table 1 空氣中主要氣體的屬性    Mean Velocity(m/s)Partial Pressure(mbar)Mean Free Paths(m.Pa)H217621.15 X10-311.5 X10-3He12465.23 X10-317.5 X10-3H2O58712N2471781.85.9 X10-3Ar3949.346.4 X10-3CO23763.3 X10-14 X10-3O2209.7Ne1.82 X10-212.7 X10-3Xe8.7 X10-53.6 X10-3Air4631013從上

14、表中可以看到，氫和氦都是比較理想的示蹤氣體：空氣中的含量少，質量輕, 運動速度快，同等條件下，直線運動距離長。實際使用中，也相對比較容易獲取，可以大量使用。但氫氣在使用中有一定的安全問題，所以實際大部分檢漏使用的是氦氣。五、氦質譜檢漏儀的構造氦質譜檢漏儀實際上可以說是一個檢氦儀，通過檢測氦氣的含量來確定是否有泄漏。而對氦的檢測則使用的是質譜儀，是只檢測氦的專用質譜儀，這種質譜儀將其它質量數的氣體都屏蔽掉了。質譜示意圖如下圖：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