第五章-真空檢漏

WhatisVacuum?反映真空度的直接物理量是什么？常用單位？真空區(qū)域劃分？氣體三定律？道爾頓定律及其意義？理想氣體狀態(tài)方程？理想氣體？永久氣體？蒸汽？永久氣體與蒸汽的區(qū)別？壓強(qiáng)方程及其意義？麥克斯韋速率分布？最可幾速率？算術(shù)平均速度？均方根速度？自由程？氣體分子平均自由程？氣體沿管道的流動(dòng)狀態(tài)可劃分為幾種基本形式？如何判別？流導(dǎo)？真空技術(shù)基本方程及其推導(dǎo)？吸附？物理吸附？化學(xué)吸附？物理吸附特點(diǎn)？化學(xué)吸附的特點(diǎn)？吸氣劑？吸氣劑作用？分類，舉例？光源生產(chǎn)中使用吸氣劑的必要性？吸氣劑吸氣原理有哪三個(gè)主要因素？15.何謂非蒸散型吸氣劑的激活？如何實(shí)現(xiàn)？16.釋汞吸氣劑及其作用？17.ZrAl16惰性氣體單級(jí)凈化器原理及應(yīng)用？18.脫附？去氣？去氣方法？19.真空泵？真空泵分類(根據(jù)原理)？20.抽速？極限壓強(qiáng)？最大工作壓強(qiáng)？壓縮比？比抽速？21.旋片泵工作原理？22.單級(jí)旋片泵一般極限壓力？為什么極限壓力不能再低呢？23.氣鎮(zhèn)式機(jī)械泵？直聯(lián)泵？24.機(jī)械增壓泵又稱什么真空泵？工作原理？25.擴(kuò)散泵的工作原理？26.畫圖說明擴(kuò)散泵分餾裝置的作用？27.分子泵的發(fā)展史？28.氣體捕集式真空泵及其種類（舉例）？29.離子蒸發(fā)泵工作原理？30.鈦升華泵的工作過程?31.鈦離子蒸發(fā)泵工作過程?32.濺射離子泵又稱?抽氣機(jī)理?33.吸附泵?低溫冷凝泵?低溫吸附泵?34.真空計(jì)分類

(舉例）？35.真空測量特點(diǎn)

?36.開式U型管真空計(jì)原理？37.閉式U型管真空計(jì)原理？38.壓縮式真空計(jì)又稱？工作原理？特點(diǎn)？39.麥?zhǔn)嫌?jì)有哪二種刻度方法？原理？40.熱傳導(dǎo)真空計(jì)原理？41.熱陰極電離真空計(jì)工作原理?組成?分類?42.如何提高電離計(jì)的測量上限？43.如何提高電離計(jì)的測量下限？44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.第五章真空檢漏主要內(nèi)容5.1概述一.真空檢漏的意義二.真空系統(tǒng)漏氣的判斷三.漏孔大小的表示四．容許漏率5.2檢漏的基本原理一.壓強(qiáng)差的作用二.示漏氣體與探測器三、檢漏方法的響應(yīng)過程四、各種效應(yīng)的利用五、檢漏器的性能指標(biāo)5.3壓力檢漏法一.打氣檢漏法二.鹵素檢漏法三、氨檢漏法5.4真空檢漏法一.高頻火花檢漏法二.真空計(jì)檢漏法三、質(zhì)譜儀檢漏法1．工作原理2．示漏氣體3．檢漏方法4．性能指標(biāo)5.1概述一.真空檢漏的意義二.真空系統(tǒng)漏氣的判斷三.漏孔大小的表示四．容許漏率真空檢漏的基本概念

真空檢漏就是檢測真空系統(tǒng)的漏氣部位及其大小的過程。漏氣也叫實(shí)漏，是氣體通過系統(tǒng)上的漏孔或間隙從高壓側(cè)流到低壓側(cè)的現(xiàn)象。虛漏，是相對(duì)實(shí)漏而言的一種物理現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由于材料放氣、解吸、凝結(jié)氣體的再蒸發(fā)、氣體通過器壁的滲透及系統(tǒng)內(nèi)死空間中氣體的流出等原因引起真空系統(tǒng)中氣體壓力升高的現(xiàn)象。漏率，即單位時(shí)間內(nèi)流過漏孔(包括間隙)的氣體量。在漏孔入口壓力為1.01×105Pa，出口壓力低于1.33×103Pa，溫度為296士3K的標(biāo)準(zhǔn)條件下，單位時(shí)間內(nèi)流過漏孔的露點(diǎn)溫度低于248K的空氣的氣體量。

漏率的單位是帕斯卡×立方米／秒，記為Pam3／s。為了方便，有時(shí)用帕斯卡×升／秒，記為PaL／s。

最大容許漏率：于動(dòng)態(tài)真空系統(tǒng)，只要其平衡壓力能夠達(dá)到所要求的真空度，這時(shí)即使存在著漏孔，也可以認(rèn)為該系統(tǒng)的漏率是容許的，該情況下系統(tǒng)的漏率稱為最大容許漏率。最小可檢漏率是指某種檢漏方法能夠檢測出的漏率的最小值。

5.2檢漏的基本原理檢漏目的：一.壓強(qiáng)差的作用

P1>P2；P1<P2e.g.Testingfortheleakoftireofabicycle.缺點(diǎn)：不能檢測微小漏孔二.示漏氣體與探測器示漏氣體：鹵素；放射元素；氨氣等探測器：電離計(jì)等；三、檢漏方法的響應(yīng)過程立刻響應(yīng)；響應(yīng)較快穩(wěn)定；響應(yīng)很慢穩(wěn)定；探查法四、各種效應(yīng)的利用五、檢漏器的性能指標(biāo)漏孔的氣流特性

氣體流經(jīng)漏孔的過程是很復(fù)雜的，可能包含有粘滯流、過渡流及分子流三種流動(dòng)狀態(tài)。

檢漏方法的分類充壓檢漏法、真空檢漏法及其它檢漏法

Chapter5LeakDetectionSection1.Generalintroduction1.Theimportanceofleakdetection(a)Anidealvacuumchambershouldmaintainforeverthevacuum(pressure)reachedatthemomentofitsseparationfromthepumps.(b)Anyrealchamberpresentsariseinpressureafterbeingisolatedfromthepumpingsystem.Continuationofgeneralintroduction(c)Thepressureriseisproducedbythegaswhichpenetratesthroughleak,whichevolvesfromthewalls(outgassingandvapor)andwhichenteresbypermeation(seepage111).

P·Se·dt–Q·dt=–V·dPWhereP:Pressure;Se:EffectivepumpingspeedV:Volume;Q:leak,outgassing&permeationContinuationofgeneralintroduction2.Determinationoftheleak(a)Plottingofpressurevstimecurvewillassistindeterminingthetheactualleak.DeterminationoftherealleaksStraightline1:theriseofpressureisproducedonlybyrealleaks.Curve2:theriseofpressurebyoutgassingCurve3:theriseofpressurebyacombinedeffect(leak,outgassingandpenetration).Continuationofgeneralintroduction3.Theleakrate(a)Definition:Theleakrateisthequantityofgas(inPVunits)perunittimeintotheflowingvacuumsystematacertainconditions.TableofleakratespecificationsLeakdetectionSection2.Basicprincipleoftheleakdetectionmethods(a)Theaimofleakdetection:Tofindexactsituationoftheleak.(b)Theprincipleoftheleak:Pressuredifference:e.g.Testingfortheleakoftireofabicycle.ContinuationoftheprincipleofleakdetectionThetraceprobe:Inthistechniqueastreamoftestgasisspreadonthesuspectedarea,andthegaspenetratingintothesystemispumpedviathedetector.Thedetectorprobe:

Inthistechniquethetestgasisfilledintothesystemundertestandadetectorprobeconnectedtotheleakdetectorispassedoverthesuspectedareatoreceivethetestgasescapingthroughtheleak.5.3壓力檢漏法壓力檢漏法（

充壓檢漏法）：在被檢件內(nèi)部充入一定壓力的示漏物質(zhì)，如果被檢件上有漏孔，示漏物質(zhì)便從漏孔漏出，用一定的方法或儀器在被檢件外部檢測出從漏孔漏出的示漏物質(zhì)，從而判定漏孔的存在、位置及漏率的大小，此即充壓檢漏法。

一.打氣檢漏法二.鹵素檢漏法三、氨檢漏法二.鹵素檢漏法

用含有鹵素(氟、氯、溴、碘)的氣體為示漏氣體的檢漏儀器稱為鹵素檢漏儀。分兩類：其一為傳感器(即探頭)與被檢件相連接的稱為固定式(也稱內(nèi)探頭式)鹵素檢漏儀；其二為傳感器(即吸槍)在被檢件外部搜索的稱為便攜式(也稱外探頭式)鹵素檢漏儀。示漏氣體：氟里昂、氯仿、碘仿、四氯化碳等，其中氯里昂12最好；鹵素檢漏儀靈敏度可達(dá)3.2×lO-9Pam3／s。二.鹵素檢漏法工作原理與結(jié)構(gòu)

金屬鉑在800～900oC溫度下會(huì)發(fā)生正離子發(fā)射，當(dāng)遇到鹵素氣體時(shí)，這種發(fā)射會(huì)急劇增加。這就是所謂的“鹵素效應(yīng)”，利用此效應(yīng)制成的鹵素檢漏儀的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。三、氨檢漏法

示漏氣體：氨（堿性）外涂試劑或貼試紙（溴酚藍(lán)最好）原理：漏孔處變色靈敏度：大于5*10-6

torr

l/s的漏孔，0.5h；5*10-71*10-6

torr

l/s的漏孔，24h；10-8

torr

l/s的漏孔，10h以上。優(yōu)點(diǎn)：簡單方便，靈敏度高，一次充氨可以檢完所有部位。缺點(diǎn)：有毒！不能用于銅銀等金屬容器。5.4真空檢漏法真空檢漏法：被檢件和檢漏器的敏感元件處于真空狀態(tài)，在被檢件的外部施加示漏物質(zhì)，如果有漏孔，示漏物質(zhì)就會(huì)通過漏孔進(jìn)入被檢件和敏感元件的空間，由敏感元件檢測出示漏物質(zhì)，從而可以判定漏孔的存在位置及漏率的大小，這就是真空檢漏法。

一.高頻火花檢漏法二.真空計(jì)檢漏法三、質(zhì)譜儀檢漏法1．工作原理2．示漏氣體3．檢漏方法4．性能指標(biāo)一.高頻火花檢漏法

高頻火花檢漏器是個(gè)高頻高壓對(duì)地放電器件，可以用于真空檢漏。(1)工作原理與結(jié)構(gòu)

圖9示出一種電容，電感串聯(lián)諧振式高頻火花檢漏器的原理圖。接通K，當(dāng)接觸器CD閉合時(shí)，電流流經(jīng)L1、CD，電流很大，L1產(chǎn)生足夠大的電磁力吸引CD斷開，于是形成L1、C、L2的回路。由于阻抗增加，電流減小導(dǎo)致電磁力下降。從而使CD重新閉合。如此反復(fù)，在L2上施加高頻脈沖電壓，因此高壓線圈L3便感應(yīng)出高頻高壓脈沖電壓。而L3的一端對(duì)地放電產(chǎn)生高頻火花擊穿現(xiàn)象。這就是高頻火花檢漏器的工作原理。

(2)玻璃真空系統(tǒng)的檢漏

將高頻火花檢漏器的放電簧F沿著已抽空的玻璃系統(tǒng)外表面慢慢移動(dòng)，沒有漏孔時(shí)放電火花束呈雜亂分散狀態(tài)，當(dāng)遇到漏孔時(shí)火花束集中成一條細(xì)束，且指向系統(tǒng)上亮點(diǎn)(漏孔內(nèi)空氣電離率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃的結(jié)果)，該亮點(diǎn)就是漏孔的位置。

(3)金屬真空系統(tǒng)的檢漏

各種氣體和蒸汽的輝光放電顏色如表3。選用表中示漏物質(zhì)施加在金屬真空系統(tǒng)的可疑處，用高頻火花檢漏器激發(fā)系統(tǒng)上玻璃質(zhì)規(guī)管或盲管內(nèi)的氣體，使之放電，觀察放電顏色的變化便可實(shí)現(xiàn)檢漏。這種方法的工作壓力為5×10-1～102Pa，檢漏靈敏度為10-3Pam3／s。

表3

各種氣體和蒸汽的輝光放電顏色氣體放電顏色蒸氣放電顏色空氣玫瑰紅水銀藍(lán)綠氮?dú)饨鸺t水天藍(lán)氧氣淡黃真空油脂淡藍(lán)（有熒光）氫氣淺紅酒精淡藍(lán)二氧化碳白藍(lán)乙醚淡藍(lán)灰氦氣紫紅丙酮藍(lán)氖氣鮮紅苯藍(lán)氬氣深紅甲醇藍(lán)二.真空計(jì)檢漏法熱傳導(dǎo)真空計(jì)電離計(jì)示漏氣體：H2,CO2,丁烷，丙酮，乙醚，酒精三、質(zhì)譜儀檢漏法氦質(zhì)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(wěn)定、靈敏度高的特點(diǎn)。是真空檢漏技術(shù)中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。

氦質(zhì)譜檢漏儀是磁偏轉(zhuǎn)型的質(zhì)譜分析計(jì)。單級(jí)磁偏轉(zhuǎn)型儀器靈敏度為lO-9～10-12Pam3／s，廣泛地用于各種真空系統(tǒng)及零部件的檢漏。雙級(jí)串聯(lián)磁偏轉(zhuǎn)型儀器與單級(jí)磁偏轉(zhuǎn)型儀器相比較，本底噪聲顯著減?。潇`敏度可達(dá)10-14～10-15Pam3／s，適用于超高真空系統(tǒng)、零部件及元器件的檢漏。

1．工作原理與結(jié)構(gòu)

氦質(zhì)譜檢漏儀由離子源、分析器、收集器、冷陰極電離規(guī)組成的質(zhì)譜室和抽氣系統(tǒng)及電氣部分等組成。在離化室N內(nèi)，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(jīng)過加速極S1的縫隙進(jìn)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(yùn)動(dòng)，其偏轉(zhuǎn)半徑可按式（5）計(jì)算。

可見，當(dāng)B和U為定值時(shí)，不同質(zhì)荷比me-1的離子束的偏轉(zhuǎn)半徑R不同。儀器的B和R是固定的，調(diào)節(jié)加速電壓U使氦離子束[圖中(me-1)2]恰好通過出口縫隙S2，到達(dá)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(zhì)荷比的離子束[(me-1)1(me-1)3]因其偏轉(zhuǎn)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(zhì)荷比，除He+之外，C卅很少，可忽略。雙級(jí)串聯(lián)磁偏轉(zhuǎn)型氦質(zhì)譜檢漏儀雙級(jí)900縮轉(zhuǎn)串聯(lián)式磁偏轉(zhuǎn)型氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜室。由于兩次分析，減少了非氦離子到達(dá)收集器的機(jī)率。并且，如在兩個(gè)分析器的中間，即圖中的中間縫隙S2與鄰近的擋板間設(shè)置加速電場，使離子在進(jìn)入第二個(gè)分析器前再次被加速。那些與氦離子動(dòng)量相同的非氦離子，雖然可以通過第一個(gè)分析器，但是，經(jīng)第二次加速進(jìn)入第二個(gè)分析器后，由于其動(dòng)量與氦離子的不同而被分離出來。由于二次分離，儀器本底及本底噪聲顯著地減小，提高了儀器靈敏度。

2性能試驗(yàn)方法靈敏度、反應(yīng)時(shí)間、清除時(shí)間、工作真空度、極限真空度及儀器入口處抽速是評(píng)價(jià)氦質(zhì)譜檢漏儀的主要性能指標(biāo)。

①靈敏度及其校準(zhǔn)

氦質(zhì)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(gè)大氣壓的純氦氣為示漏氣體，進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢漏時(shí)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(shù)調(diào)整到最佳值，被檢件出氣少且沒有大漏孔等條件。所謂“動(dòng)態(tài)檢漏”是指檢漏儀器本身的抽氣系統(tǒng)仍在正常抽氣。儀器的反應(yīng)時(shí)間不大于3s。所謂“最小可檢”是指檢漏訊號(hào)為儀器本底噪聲的兩倍時(shí)，才能認(rèn)定有漏氣訊號(hào)輸出。所謂“漏孔漏率”是指一個(gè)大氣壓的干燥空氣通過漏孔漏向真空側(cè)的漏氣速率。儀器本底噪聲，一般指在2min內(nèi)輸出儀表的最大波動(dòng)量。②反應(yīng)時(shí)間、清除時(shí)間及其測定

反應(yīng)時(shí)間是指儀器節(jié)流閥完全開啟，本底訊號(hào)為零(或補(bǔ)償?shù)搅?時(shí)，由恒定的氦流量使輸儀表訊號(hào)上升到最大值的(1-e-1)倍(即O.63)所需要的時(shí)間，記為τR。

清除時(shí)間是指輸出儀表訊號(hào)穩(wěn)定到最大值后，停止送氦，其訊號(hào)下降到最大值的e-1倍(即O.37)所需要的時(shí)間，記為τC。

③工作真空、極限真空及入口處抽速

質(zhì)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(shù)。利用檢漏儀的真空規(guī)可以測定儀器的極限真空和工作真空。利用流量計(jì)可測定儀器入口處抽速。

2．示漏氣體氦，why？P1283．檢漏方法噴吹法、氦罩法、檢漏盒法、吸槍法、充壓法、背壓法、累積法、選擇性抽氣法、檢漏臺(tái)法、逆流檢漏法和標(biāo)準(zhǔn)漏孔比較法。

標(biāo)準(zhǔn)漏孔

標(biāo)準(zhǔn)漏孔是在一定條件下向真空系統(tǒng)內(nèi)部提供已知?dú)怏w流量的元件。一般要明確這個(gè)氣流量（即漏率）的氣體種類、溫度、壓力等條件。如果不特別指明，則指溫度為296±3K、入口壓力為1.01×105Pa、出口壓力低于1.33×103Pa的干燥空氣（其露點(diǎn)溫度低于248K）的漏率。

玻璃毛細(xì)管型標(biāo)準(zhǔn)漏孔（圖中a）是用局部拉細(xì)的玻璃毛細(xì)管制成的，漏率為10-8~10-7Pam3/s。

金屬壓扁型標(biāo)準(zhǔn)漏孔（圖中b）通常是用無氧銅或可伐管壓制而成，漏率為10-8~10-6Pam3/s。

玻璃鉑絲型標(biāo)準(zhǔn)漏孔（圖中c）是利用玻璃與鉑絲的不匹配封接制成的。薄膜滲氦型標(biāo)準(zhǔn)漏孔（圖中d）是利用石英薄膜球泡的滲氦速率制成的，其漏率一般為10-5~10-9Pam3/s。

LeakdetectionSection3Thedifferentmethodsofleakdetection1.PressuredifferentmethodItisverysimpleandveryuseful.Normallypeopleusethenitrogengasastestgaswithalittleoveratmospheric.Leakdetection2.Halogenleakdetector(a)ThisdetectorwasfirstdescribedbyWhiteandHickey(1948).(b)Itmakesuseofared-hot(~9000C)platinumwhichemitspositiveions.(c)Thepresenceofsmalltracesofhalogen(Cl,F,BrandI)increasestheemissionofpositiveionsmarkedly.Continuationofhalogenleakdetector(d)Itisthisincreaseinemissionthatismeasuredtoindicatethepresenceofaleak.(e)Thedetectorconsistsofaplatinumcylindermountedonaceramic-cladheatingelementplacedcentrallywithinanoutercylinder.Theheatedinnercylinderismadepositive(100--500V)relativetotheoutercylinder,andtheioncurrentisreadonamicroammeter.SchematicdiagramofthehalogenleakdetectorContinuationofthemethodsofleakdetection3.Thechemicaldetector4.Thesp