低充氦浓度氦质谱检漏技术应用研究
为解决不允许抽真空和充压的密封装置的密封性能检测问题, 开展了较低充氦浓度的氦质谱检漏模拟实验。实验采用通道型标准漏孔和模拟密封容器, 在容器内的氦气浓度为千分之0.5 , 千分之1 , 千分之3 , 千分之5 时分别实测了混合气体中氦气通过漏孔的漏率, 基于混合气体以同种比分通过分子流漏孔的假设, 不同浓度下测得的漏率结果与理论计算相比较; 实验得出了在一定体积的空间内定点释放少量的氦气自由扩散至基本均匀分布所需时间。在实验的基础上, 专门设计低充氦浓度检漏的标定装置, 可降低因标准漏孔的氦浓度与检漏充氦浓度相差较大而引入检漏结果的不确定度。
在密封装置内进行极毒物质实验, 极毒物质的实验环境要求为常压状态, 密封装置设置唯一开口,采取法兰密封方式, 实验装置和法兰安装就位后, 需对法兰密封状态进行检测并保证: 1.为保证密封装置的完整性和工作状态的密封可靠性, 不设置用于检漏的充气和抽真空通道; 2.为维持密封装置内的常压状态不能在其内部释放大量的示漏气体; 3.检漏灵敏度应优于10-7Pa.m3/s。经研究, 采用预先内置氦气源定时控制释放的氦质谱检漏方法, 其中, 氦气在密封装置内释放后气压增加值不超过100 Pa, 其影响可以不考虑, 这种情况下容器内的氦浓度约为千分之1 ( 体积比) 。为此, 开展了浓度与漏率间关系和低浓度示踪气体检漏灵敏度分析等实验研究。
1、低充氦浓度氦质谱检漏的理论假设
以氦作为示踪气体的检漏中, 氦气在压差的作用下通过漏孔并经真空通道进入氦质谱检漏仪的质谱室逐渐建立起稳定的氦分压, 检漏仪通过质谱分析测出与氦分压线性对应的氦离子流信号, 离子流信号同标准漏孔( 漏率已知) 的校准信号作比对计算出漏率。标准漏孔的气室内一般为纯氦气, 检漏中一般在被检部位施加纯氦气, 但也采用含氦的混和气体, 其中的氦气浓度往往在20% 以上。如果氦浓度低至千分之1 , 要准确判断漏孔漏率, 有两点假设: 一是充氦空间内少量的氦气在混和气体中均匀分布;二是氦气以同比分通过漏孔, 即从漏孔漏出的气体中氦气浓度与混和气体中氦气的理论浓度一致。在此假设条件下有
4、结论
(1)只要保证足够的候检时间, 在较低充氦浓度的条件下, 漏率与浓度间具有定量关系。
(2)用千分之1 浓度标准气示漏的标准漏孔标定系统灵敏度, 使标定状态与检漏工况基本一致, 进一步减小了因标准漏孔的氦浓度与检漏充氦浓度差异而引入的检漏结果不确定度。
(3)对于不能承压过高的被检件整体检漏, 可考虑采用低浓度内置氦源法检测; 检漏工作中可根据技术指标要求适当降低充氦浓度, 可节约资源。
