氦质谱检漏仪的科普
2023-05-18
一、定义
氦质谱检漏仪是一种利用质谱分析原理，专门检测示踪气体——氦气(He)踪迹的高灵敏度仪器。其核心功能是定位和定量测量密闭系统或部件的极微小泄漏率，检测极限可达惊人的10⁻¹²Pa·m³/s量级，相当于每秒仅泄漏几个氦原子。
二、工作流程
1.示踪气体引入：将氦气作为示踪气体施加于被检测工件外部(喷吹法)或内部(真空法/吸枪法)。
2.泄漏吸入：若工件存在泄漏点，氦气分子会穿过泄漏通道。
3.真空抽取与传输：检漏仪内置的真空系统(通常包含前级泵和分子泵)产生并维持高真空环境，将被测区域的微量气体(包含泄漏的氦气)吸入仪器内部。
4.电离：吸入的气体进入离子源，在电场作用下被电子轰击，形成带正电的离子。
5.质谱分析：离子束进入由磁场(或四极杆电场)构成的质谱分析器。不同质荷比(m/z)的离子在磁场中偏转半径不同。氦离子(He⁺，质荷比为4)因其特定质量被精准筛选分离。
6.离子捕获与信号放大：被筛选出的氦离子被离子收集极(法拉第杯或电子倍增器)捕获，转化为微弱的电流信号。
7.信号处理与指示：微电流信号经过精密电子线路放大、处理后，最终以声光报警(如蜂鸣器频率变化、指示灯闪烁)和数值显示(泄漏率读数)的形式告知操作者泄漏的存在及其大小。
三、核心特点
1.超高灵敏度：这是其显著优势，能检测极其微小的泄漏，远非气泡法、压力衰减法等传统手段可比。
2.精确定量：不仅能判断泄漏是否存在，更能精确测量泄漏率的大小(单位如Pa·m³/s,mbar·l/s)。
3.精准定位：配合喷吹法，能快速、准确地定位微小泄漏点的具体位置。
4.无损检测：氦气是惰性气体，不会损坏被检工件或影响其性能。
5.本底干扰小：空气中氦气含量极低(约5ppm)，自然本底噪声小，有利于检测信号识别。
6.响应速度快：一旦氦气进入系统，仪器能迅速响应，缩短检测时间。
7.宽检测范围：通过调整参数或使用不同模式，可覆盖较宽的泄漏率检测范围。
8.稳定性与重复性好：现代仪器具有优秀的稳定性和测量重复性。
四、广泛应用领域
1.制冷与暖通空调：检测冰箱、空调压缩机、冷凝器、蒸发器、冷媒管路系统的密封性。
2.汽车制造：发动机缸体、缸盖、变速箱壳体、燃油系统(油箱、管路、喷油嘴)、空调系统、安全气囊、车灯、新能源电池包等关键部件的泄漏检测。
3.航空航天：火箭燃料贮箱、航天器密封舱、飞机发动机零部件、液压系统、氧气系统等对真空或压力密封要求非常高的部件。
4.半导体与电子：集成电路封装气密性、真空腔体、高纯气体输送管路、特种气体钢瓶、MEMS器件封装。
5.电力(核电)：核电站一回路压力边界、蒸汽发生器、核燃料元件包壳、安全壳等核级设备的泄漏监测。
6.医疗设备：真空设备(如加速器、质谱仪)、植入式医疗器械包装(起搏器)、呼吸机、麻醉机管路、血液分析仪流路。
7.真空设备制造与维护：真空炉、镀膜机、粒子加速器、质谱仪等真空腔体及其部件的密封性检测。
8.科研机构：各种需要超高真空或特殊气氛环境的实验装置。
五、操作要点
规范操作是保证准确性和仪器寿命的关键：
1.充分准备：
熟悉仪器操作手册和安全规程。
根据工件特性(尺寸、预期漏率、结构)选择合适的检测方法(真空法、喷吹法、吸枪法、累积法)和连接方式。
确保被检工件清洁、干燥，无油脂等可能堵塞泄漏孔或污染仪器的物质。
检查氦气源充足，连接可靠无泄漏。
检查仪器真空泵油位、状态正常。
2.系统抽真空：
严格按照操作规程启动真空系统，达到仪器要求的工作真空度(通常分子泵需达到高真空)。
监控真空度变化，必要时进行检漏仪自身本底校准(零点校准)。
3.泄漏检测：
4.喷吹法：在工件外部可疑点或焊缝处，用喷枪稳定、缓慢、近距离(约3-5mm)均匀喷射氦气(避免气流直接冲击工件造成误判)。观察仪器响应。
5.真空法：将被检工件抽真空，在外部可疑部位喷氦。或工件内部充氦，用检漏仪检测连接口。
6.吸枪法：工件内部充氦，在外部用吸枪探头扫描可疑区域。
7.保持耐心和细致：对复杂工件需系统性地分区扫描，避免遗漏。
8.结果判读：
观察泄漏率读数是否超过预设阈值。
注意响应信号的稳定性和重复性，区分真实泄漏、本底波动或残留(如之前检测残留的氦气)。
9.结束操作：
检测完毕，先停止喷氦。
按规程关闭仪器(通常先关高真空阀和分子泵，待分子泵转速下降后再关前级泵)。
泄放被检工件压力(如适用)。
断开连接，清洁接口。
记录检测结果。
