多元示漏气体检漏系统及其检测方法与流程

1.本发明属于检测被检件微量气体泄漏的检测设备及其检测方法，特别是一种多元示漏气体检漏系统及其检测方法。


背景技术：

2.氦质谱检漏仪因检漏灵敏度高、仪器响应快、定位定量精准，氦在高真空环境中扩散速度高，所以氦质谱检漏仪在许多领域里均得到广泛应用，如汽车制造业、航空航天、输气管道、卫星等。氦质谱检漏仪因只能检测氦，使得检漏仪的应用范围以及研究范围受限。氦质谱检漏仪只能检测氦，在检漏工艺中发现泄漏信号检漏本底被污染后，靠仪器清除氦本底需要很长时间，而且也很难到达原来的本底水平，会影响检漏的效率和检漏结果的可靠性。在一些密封性要求高、时效性要求高的场合氦质谱检漏仪就很满足。考虑更换其他种类的示漏气体，一旦检漏系统本底污染后更换其它示漏气体进行复检，可不受原有被污染本底的影响，快速进行复检。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种多元示漏气体检漏系统及其检测方法，本发明不仅可以实现被检件氦示漏气体微量泄漏的检测，而且可以实现被检件he、kr、ar等多种示漏气体的微量泄漏检测，真空系统残余气体成分的在线监测，示漏气体检漏效率高，检漏结果准确、可靠。
4.本发明的目的是这样实现的：一种多元示漏气体检漏系统,设置入口接口的入口管通过第3阀门连接着动态检漏室的第一进口，其第一出口管通过第4阀门连接着第一负压标准漏孔的进口，动态检漏室的第二出口管通过第6阀门连接着质谱室的第一进口，质谱室的第一出口管通过第7阀门连接着四极质谱计，质谱室的第二出口管依次连接着第9阀门、分子泵和前级泵，在分子泵与前级泵之间的连接管上设置着支路，支路通过第5阀门连接着动态检漏室的第三出口，质谱室的第三出口管依次连接着第8阀门和吸附泵，正压标准漏孔的出口管上依次设置着第2阀门和连接端口，连接端口与吸枪吸嘴相配合，吸枪的出口管通过第1阀门连接着入口管，入口管连接的支路通过第11阀门连接着真空累积室的第一进口，该室的第一出口管通过第10阀门连接着质谱室第二进口，真空累积室的第二出口管依次连接着第12阀门和第二负压标准漏孔。
5.第一负压标准漏孔为氮标准漏孔，第二负压标准漏孔为其它示漏气体标准漏孔。
6.质谱室为磁偏转质谱室。
7.一种多元示漏气体检漏系统的检测方法，多元示漏气体检漏系统的检漏检测法有质谱常压检漏检测法、质谱真空动态检漏检测法和质谱真空累积检漏检测法。
8.质谱常压检漏检测法有如下步骤：
①
采用氮气作为示漏气体，打开第3、第5阀门，开启前级泵抽到真空度为1500pa时，打开第9阀门和分子泵，抽到真空度为20pa时，打开第1阀门，待系统本底稳定后，打开第2阀门，若采用其它气体作为示漏气体，保持前期阀门开启
状态不变，再打开第7阀门；
②
用吸枪分别嗅吸正压标准漏孔和在大气环境或工作环境条件下，被检件周围或可疑泄漏部位含有示漏气体的常压空气经吸枪和动态检漏室，进入质谱室，通过比较动态条件下，正压标准漏孔出口和被检件周围两种不同检测条件下，四级质谱计分别给出示漏气体离子流强度值，其中qs为正压标准漏孔标准值，单位均为pa
·
m3/s；i
l
为吸枪嗅吸被检件周围或可疑泄漏部位时，四极质谱计显示的离子流强度值，is为吸枪嗅吸正压标准漏孔出口时，四极质谱计显示的离子流强度值，io为吸枪嗅吸环境本底时，四极质谱计显示的离子流强度值，单位均为pa；
③
采用公式计算获得被检件泄漏值，其中q
l
为被检件泄漏值。
9.质谱真空动态检漏检测法有如下步骤：
①
采用氮气作为示漏气体，将被检件的真空侧与入口管的接口相连接，打开第3阀门(2)和第5阀门，开启前级泵抽到真空度为1500pa时，打开第9阀门和分子泵，真空度抽到20pa时，打开第6阀门，待系统本底稳定后，打开第一负压标准漏孔的第4阀门，标定系统灵敏度，然后关闭第4阀门；或采用其它气体作为示漏气体，其操作步骤为在入口管的接口处连接被检件，打开第3阀门和第5阀门，开启前级泵抽到真空度为1500pa时，打开第9阀门，真空度降至20pa时，打开第7阀门，待系统本底稳定后，打开第二负压标准漏孔的第12阀门，标定系统灵敏度，然后关闭第12阀门；
②
被检件高压侧的示漏气体进入动态检漏室后顺着真空泵的抽速方向或逆着真空泵的抽速方向进入质谱室，通过比较动态条件下，真空漏孔阀门开启后和被检件高压侧充示漏气体后，两种不同检测状态下的四级质谱计分别给出的示漏气体的示漏气体离子流强度qs、i
l
、is、io；
③
采用公式q
l
=qs×
计算获得被检件泄漏值。
10.质谱真空动态检漏检测法包括氦罩法、冲压真空法、喷吹法。
11.质谱真空累积检漏检测法有如下步骤：
①
将小型全密封被检件直接放入真空累积室或将小型全密封被检件真空侧与入口管接口相连接，打开第11阀门，被捡件的示漏气体进入真空累积室，打开第10阀门、第8阀门和吸附泵，关闭第5阀门、第9阀门，打开第7阀门，示漏气体进入质谱室；
②
泄漏信息累积到δt=q
min
秒后(q
min
为检漏仪的灵敏度，q
min
为系统的检漏灵敏度，σvi为被检件及检漏系统的体积之和，s为相对应的抽速)，再打开第5、第9阀门，继续进行检漏，检漏时，吸附泵将n2、o2、h2活性气体抽走，而无法抽走he、ar、kr惰性气体，选择惰性气体进行检漏，四极质谱计给出真空漏孔开启和被检件施加示漏气体的离子流强度值，其中r
l
为被检件内施加示漏气体静态累积时的质谱室示漏气体离子流上升率，rs为真空漏孔开启后，静态累积时的质谱室示漏气体离子流上升率，ro为被检件连接过程中的系统本底累积示漏气体离子流上升率，单位均为a/s；
③
采用公式计算得到被检件的泄漏量，q
l
为被检件泄漏值。
12.多元示漏检漏系统主要由四极质谱计、磁偏转质谱室、累积检漏室、动态检漏室、吸枪、标准漏孔、抽真空机组及相应的阀门和管道组成。抽真空机组由前级泵、分子泵和吸附泵组成。
13.1）质谱常压检漏检测法工作原理采用质谱常压检漏检测法时，需使用吸枪嗅吸正压标准漏孔，以及大气环境（工作环境）条件下被检件周围或可疑泄漏部位，含有示漏气体的常压空气经吸枪和动态检漏室后进入质谱室。通过比较动态条件下，正压漏孔出口和被检件周围两种不同检测状态下的质谱计给出的示漏气体离子流强度值，采用下式计算获得被检件的泄漏量。
14.q
l
=qs×
其中，q
l
为被检件泄漏值，qs为标准漏孔标称值，单位均为pa
·
m3/s；i
l
为吸枪嗅吸被检件周围或可疑泄漏部位时，质谱计显示的离子流强度值，is为吸枪嗅吸正压漏孔出口处时，质谱计显示的离子流强度值，io为吸枪嗅吸环境本底时，质谱计显示的离子流强度值，单位均为pa；2）质谱真空动态检漏检测法工作原理采用质谱真空动态检漏检测法时，需将被检件的真空侧与真空动态检漏法接口相连，被检件高压侧的示漏气体会通过泄漏孔进入动态检漏室后，再通过正扩散（顺着真空泵的抽速方向）或逆扩散（逆着真空泵的抽速方向）的方式进入质谱室，通过比较动态条件下，真空漏孔阀门开启后和被检件高压侧充示漏气体后，两种不同检测状态下的四极质谱计给出的示漏气体离子流强度，采用质谱常压检漏检测法的计算公式计算求得被检件的泄漏量。
15.3）质谱真空累积检漏检测法工作原理采用质谱真空累积检漏检测法检漏时，可将小型全密封被检件直接放入累积检漏室或小型被检件的真空侧与真空累积检漏法接口相连，被检件高压侧的示漏气体会通过泄漏孔进入累积检漏室，打开累积检漏室高压侧的示漏气体会通过泄漏孔进入累积检漏室，打开累积检漏室和质谱室的连接阀门，以及吸附泵和质谱室的连接阀门，关闭主抽泵和质谱室的连接阀门，检漏时，所配置的具有选择性抽气功能的吸附泵可以将n2、o2、h2等活性气体及时抽走，而无法抽走he、ar等惰性气体，选择惰性气体进行检漏时，可以实现泄漏信号的累积，分别记录不同检测状态下（真空漏孔开启和被检件施加示漏气体）的四极质谱计给出的离子流强度值，采用下式计算得到被检件的泄漏量。
16.式中，r
l
为被检件内施加示漏气体，静态累积时的质谱室示漏气体离子流上升率，rs为真空漏孔开启后，静态累积时的质谱室示漏气体离子流上升率，ro为被检件连接过程中的本底累积示漏气体离子流上升率，单位均为a/s。
17.工作时，四极质谱仪可以根据工作的需要，选择是否开启第3阀门和第4阀门，第3阀门、第4阀门关闭时，新设计的检漏仪就与原来的氦质谱检漏仪一样，只能检测到氦信号。当第3阀门、第4阀门打开时，可进行其他示漏气体进行检漏，并根据所选择的示漏气体种类，选择合适的标准漏孔，标准漏孔的气体应与所选择的示漏气体为同一种类。
18.四极质谱室用于分析除了氦气以外，分子量1-200的气体离子信号；质谱室用于分析氦离子信号；前级泵用于被捡部位粗抽，为主抽泵提供前级真空；真空累积室用于连接质谱室和四极质谱室之间的气路；动态检漏室用于不同真空度下气体的气路走向。
19.本发明主要采取四极质谱和磁偏转质谱为核心的测量传感器，实现he、kr、ar等多种示漏气体的微量泄漏检测，真空系统残余气体成分在线监测，并复合了质谱常压检漏法、质谱真空动态检漏法、质谱真空累积检漏法共三种检漏方法，可根据被检件的工况、允许漏率等条件选择合适的检漏方法。
20.有益效果：1、 可实现对he、kr、ar等多种示漏气体的微量泄漏检测；2、 可实现对本底残余气体的连续监测，有利于对微小泄漏信号的准确判断。
21.3、可实现多种示漏气体的真空法、吸枪法的检漏。
22.本发明不仅实现了被检件氦示漏气体微量泄漏的检测，而且实现了被检件实现he、kr、ar等多种示漏气体的微量泄漏检测，真空系统残余气体成分的在线监测，示漏气体检漏效率高，检漏结果准确、可靠。
附图说明
23.下面将结合附图对本发明做进一步的描述，图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
24.一种多元示漏气体检漏系统, 如图1所示，设置入口接口1的入口管通过第3阀门2连接着动态检漏室3的第一进口，其第一出口管通过第4阀门4连接着第一负压标准漏孔5的进口，动态检漏室3的第二出口管通过第6阀门6连接着质谱室7的第一进口，质谱室7的第一出口管通过第7阀门8连接着四极质谱计9，质谱室7的第二出口管依次连接着第9阀门10、分子泵11和前级泵12，在分子泵11与前级泵12之间的连接管上设置着支路，支路通过第5阀门15连接着动态检漏室3的第三出口，质谱室7的第三出口管依次连接着第8阀门13和吸附泵14，正压标准漏孔16的出口管上依次设置着第2阀门17和连接端口18，连接端口18与吸枪19吸嘴相配合，吸枪19的出口管通过第1阀门20连接着入口管，入口管连接的支路通过第11阀门21连接着真空累积室22的第一进口，该室的第一出口管通过第10阀门23连接着质谱室7第二进口，真空累积室22的第二出口管依次连接着第12阀门24和第二负压标准漏孔25。
25.一种多元示漏气体检漏系统的检测方法，多元示漏气体检漏系统的检漏检测法有质谱常压检漏检测法、质谱真空动态检漏检测法和质谱真空累积检漏检测法：质谱常压检漏法，
①
采用氦气作为示漏气体，分别开启第3阀门2、第5阀门15，开启前级泵12抽到真空度1500pa时，第9阀门10和分子泵11开启，真空度抽到20pa时，第1阀门20开启，系统本底稳定后开启第2阀门17，标定系统灵敏度，标定完成后关闭第2阀门17，此时，用吸枪在被检部位密封环节处吻吸，检测被检部位的漏率，如果采用其他气体作为示踪气
体，保持前期阀门开启状态不变，再开启第7阀门8；
②
用吸枪19分别嗅吸正压标准漏孔16和在大气环境或工作环境条件下，被检件周围或可疑泄漏部位含有示漏气体的常压空气经吸枪19和动态检漏室3，进入质谱室7，通过比较动态条件下，正压标准漏孔16出口和被检件周围两种不同检测条件下，四级质谱计9分别给出示漏气体离子流强度值，其中qs为正压标准漏孔标准值，单位均为pa
·
m3/s；i
l
为吸枪嗅吸被检件周围或可疑泄漏部位时，四极质谱计显示的离子流强度值，is为吸枪嗅吸正压标准漏孔出口时，四极质谱计显示的离子流强度值，io为吸枪嗅吸环境本底时，四极质谱计显示的离子流强度值，单位均为pa；
③
采用公式q
l
=qs×
计算获得被检件泄漏值。
26.质谱真空动态检漏法，
①
采用氦气作为示漏气体，将被检件与入口管接口1相连接，开启第3阀门2、第5阀门15，开启前级泵12抽到真空度为1500pa时，开启第9阀门10和分子泵11，真空度将至20pa时开启第6阀门6，待系统本底稳定后，开启第4阀门4，标定系统灵敏度，然后再关闭第4阀门4；如果采用其他气体作为示漏气体，在入口管接口1处连接被检件，开启第3阀门2、第5阀门15，真空度为1500pa时，开启第9阀门10和分子泵11，真空度降至20pa时，开启第7阀门8，本底稳定后，开启第12阀门24，标定系统灵敏度，然后再关闭第12阀门24；
②
被检件高压侧的示漏气体进入动态检漏室3后顺着真空泵的抽速方向或逆着真空泵的抽速方向进入质谱室7，通过比较动态条件下，真空漏孔阀门开启后和被检件高压侧充示漏气体后，两种不同检测状态下的四级质谱计9给出的示漏气体的示漏气体离子流强度qs、i
l
、is、io；
③
采用公式q
l
=qs×
计算获得被检件泄漏值。
27.质谱真空累积法，
①
真空累积法就是在质谱室真空动态法的基础上，将被检件放入真空累积室中或将小型全密封被检件真空侧与入口管接口1相连接，打开第11阀门21，被捡件的示漏气体进入真空累积室22，打开第10阀门23、第8阀门13和吸附泵14，关闭第5阀门15、第9阀门10，打开第7阀门8，示漏气体进入质谱室7；
②
泄漏信息累积到δt=q
min
秒后(q
min
为检漏仪的灵敏度，q
min
为系统的检漏灵敏度，σvi为被检件及检漏系统的体积之和，s为相对应的抽速)，再打开第5、第9阀门15、10，继续进行检漏，检漏时，吸附泵14将n2、o2、h2活性气体抽走，而无法抽走he、ar、kr惰性气体，选择惰性气体进行检漏，四极质谱计9给出真空漏孔开启和被检件施加示漏气体的离子流强度值r
l
为被检件内施加示漏气体静态累积时的质谱室示漏气体离子流上升率，rs为真空漏孔开启后，静态累积时的质谱室示漏气体离子流上升率，ro为被检件连接过程中的系统本底累积示漏气体离子流上升率，单位均为a/s；
③
采用公式计算得到被检件的泄漏量。