博为氦检|氦质谱检漏仪检漏原理及方法

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一、为什么要检漏
泄漏和密封相对应
很多情况下，我们需要密封住一定的空间，防止气体或液体在压力的作用下，流进或流出这个空间。如真空设备（真空镀膜机，液晶注入机，PVD，半导体外延等等），需要在真空条件下工作，要求在工作时，空气不能漏进工作腔体，否则生产不能进行，或者产生次品，浪费人力物力。另外装液体或气体的容器（液压气瓶，氧气瓶，空调冰箱中的雪种容器等等），要求在容器内外存在压差的情况下，不能有气体或液体漏出。如果有漏，后果严重，一般会造成有效物资的浪费，如有毒物资、腐蚀性气体漏出，甚至会酿成事故。
这些对密封性有要求的产品或设备，在投入使用前，就要先进行检漏，使用中也要定期进行检漏检查。

二、泄漏程度的量化

可简单理解为：单位时间内，单位体积容器，压强的变化。下面举两个例子，可以对漏率的大小有个直观的认识。
例一、自行车胎有 4L 的容积，30 天内胎压从 3 bar 降到 2 bar，则漏率可量化为：

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 年内，雪种泄漏了10 克（分子量 102 g/mol），大约是 2.24 bar•l， 则漏率可量化为：

这种程度的泄漏对冰箱来说，是很严重的，但这样程度的漏率用普通方法根本无法检出。这时就需要用到检漏仪或质谱仪来检查了。下面的内容是检漏仪的相关介绍。

三、检漏仪检漏的原理
氦质谱检漏仪是根据质谱学原理，用氦气作探索气体制成的气密性检测仪器．其 质谱原理如图所示。

氦质谱检漏仪的质谱学原理

灯丝发射出来的电子在电离室内来回的振荡，与电离室内气体和经被检件漏孔进 入电离室的氦气相互碰撞使其电离成正离子，这些离子在加速电场作用下进入磁场，由于洛伦兹力作用产生偏转，形成圆弧形轨道，轨道半径式中   

R   ——离于偏转轨道半径（cm）

B   ——磁场强度（T）

Z        ——离子的质（量）／（电）荷比（正整数）

U     ——离子加速电压（V）

由上式可知，当 R 、B 为定值时，改变加速电压可使不同质量的离子通过磁场和接收缝到达接收极而被检测。

四、氦质谱检漏仪的检漏方式

氦质谱检漏仪的检漏方式通常有两种，一种为常规检漏，另一种为逆扩散检漏。 逆扩散原理如图所示。逆扩散检漏是把被检件接在分子泵出气口一端，漏入的氦气由 分子泵出气口逆着泵的排气方向进入安装在泵的进气口端的质谱管内而被检测。这一 检漏方式是基于分子泵对不同质量的气体具有不同压缩比（气体在分子泵出气口压强 与进气口压强之比）即利用不同气体的逆扩散程度不同程度而设计的。

逆扩散原理

逆扩散方式检漏允许被检件内压强较高， BW-930 系列氦质谱检漏仪可达 1500Pa （一 般常规检漏仪为 0.05Pa 以下）， 适合检大型容器或有大漏的器件， 也适合吸枪检漏。逆扩 散方式还具有质谱室不易受污染，灯丝寿命长等优点。

1、吸枪法

被检件充入高于大气压的探索气体--氦气， 检漏仪的检漏口连接称之为吸枪的气体采集器。当被测件有漏时， 泄漏的氦气被吸枪吸入检漏仪， 从而被检测。吸枪在试件表面移动， 同时注视检 漏仪漏率指示的变化， 一旦泄漏增加， 吸枪所指位置即漏点所在。因此吸枪法也是能确定漏孔位置的检漏方法。

2、  真空箱法——测总漏率

将被检件与仪器检漏口联接抽真空的真空腔体，在被检件内部充满氦气，如被检件有漏孔，氦气便由漏孔进入真空腔体，最终达到质谱管被检测。所测漏率是被检件的总漏率，不能确定有几个泄漏点和每个漏点的准确位置。

3、  背压法——测总漏率

电子元器件进行气密性检测时常用背压法。检漏前用专用加压容器向被检件压入  氦气（由压力和时间控制压入的量）  ，然后取出被检件，吹去表面吸附氦后放入专用 检漏罐中，再将检漏罐联接到检漏仪的检漏口上，对检漏罐抽真空，实施检漏。若器  件有漏，则通过该漏孔压人的氦气又释放出来进入检漏罐，最终到达质谱管。用这种方法测得的漏率也是总漏率。下图为背压法检漏示意图。

4、  真空喷氦法

真空喷氦法是最常见的检漏方法，被检件直接与检漏仪相连，检漏仪直接对被检测工件直接抽真空，达到检漏条件后，对被检测工件可能的漏点喷吹氦气，如存在漏点，氦气即进入检漏仪从而被探测到。

此方法可能会由于被检工件体积增大而增加抽空设备。

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五、示踪气体的选择

对示踪气体的要求：
1. 无害，不能对人体或环境造成伤害
2. 品质轻，惰性气体, 能穿透微小细缝.
3. 化学性质稳定，不会起化学反应或易燃易爆
4. 最好是只有在空气中含量尽可能少的气体，才能满足检漏灵敏度方面的要求
一般检漏都用氦气（He）作为示踪气体，也有用氢气（H2）作为示踪气体的。
 
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。

六、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：

质谱仪要想正常工作，需要真空环境。至少要在 10-3 mbar 以下，空气的流动才体现为分子流，质谱仪才能稳定正常工作。所以检漏仪中还有一套高真空系统。
氦质谱检漏仪的真空系统图：

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