氦质谱检漏仪：一种有效的漏洞检测工具

图9.4-2 一般氦质谱检漏仪

测量气体分压力的质谱仪，都可以用于检漏，使用氦气作示漏气体进行检漏的质谱仪，叫氦质谱检漏仪（如图9.4-2所示）。这种仪器除灵敏度高外，还具有适应范围广、定位定量准确、无毒、安全、反应速度快等优点。

4.2.1.1 氦质谱检漏仪的结构

氦质谱检漏仪主要由质谱室、真空系统、电气部分组成。

（1）质谱室一般由离化室、分析器、收集极三部分组成，放在一个可抽成高真空的质谱室外壳中。质谱室大部分采用尼尔型离化室、钨灯丝。分析器偏转角有60°、90°和180°。

（2）真空系统提供质谱室正常工作所需要的高真空条件，它包括主泵（扩散泵或分子泵）、前级泵、预抽泵、检漏阀、真空规等。

（3）电气部分包括主机供电部件、主机控制部件、离子源电源、发射电流稳定电路、离子流放大器、音响报警器、真空测量电路、灯丝保护电路等。

被检件、质谱室、真空系统的连接形式有两种，一种是将被检件直接连接在质谱室上，叫正流氦质谱检漏仪；另外一种是将被检件直接连接在前级泵与主泵之间，不直接连接在质谱室上，叫逆流（或逆扩散）氦质谱检漏仪，如图9.4-3所示。前一种连接形式的氦质谱检漏仪适用于小体积、漏率比较小的被检件；后一种连接形式适用于大体积、漏率比较大的被检件，检漏效率较高，但灵敏度不如前一种好。多数国产检漏仪是逆扩散形式的。也有一些氦质谱检漏仪设置了特殊的真空系统，可以是两用的，它能够根据被检件抽真空时真空度的高低自动变换气流走向，既可以是正流的，也可以是逆流的，非常方便。

图9.4-3 逆流氦质谱检漏仪

4.2.1.2 氦质谱检漏仪主要性能指标

1.最小可检漏率

仪器的灵敏度用最小可检漏率表示。最小可检漏率是指当仪器处于最佳工作条件下，以一个大气压的纯氦气作示漏气体，进行动态检漏时所能检出的最小的漏孔漏率，用Q_min表示。

起动并调整好检漏仪，读出本底I₀和本底噪声I_n。打开标准漏孔阀，读出输出指示的稳定信号值，最小可检漏率Q_min由式（9.4-2）算出：(www.xing528.com)

式中 I——仪器输出指示的稳定信号值；

I_n——仪器输出指示的本底噪声；

I₀——仪器输出指示的本底；

Q₀——标准漏孔的漏率。

检漏系统的灵敏度用有效最小可检漏率表示。它是指在具体的检漏工作状态下，检漏系统（包括检漏仪）以一个大气压的纯氦气作示漏气体，进行动态检漏时所能检出的最小的漏孔漏率，用Q_e表示。

最小可检漏率Q_min由仪器本身的性能决定。而有效最小可检漏率Q_e不仅与仪器性能有关，还与所采用的检漏方法和检漏系统有关，它反映了在具体检漏条件下仪器性能的发挥程度。一般情况下，Q_e大于Q_min。

2.反应时间及清除时间

反应时间也是氦质谱检漏仪的主要性能指标。所谓反应时间，是指从氦气进入漏孔时起，到检漏仪反应值的变动达到其最大值的63%时为止所需要的时间（如图9.4-4所示）。它与漏率无关，与质谱室的体积及对氦气的抽速有关。

图9.4-4 反应时间示意图

如果降低检漏仪对氦气的抽速，就可以延长氦气在质谱室内的停留时间，灵敏度就高。然而，降低抽速却使反应时间增长，亦即检出一个漏孔需要更多的时间。所以在谈到仪器最小可检漏率时，必须对仪器的反应时间有一定的限制。在氦质谱检漏仪的国家标准中，规定反应时间不大于3s。仪器反应时间之所以重要，因为它决定了检漏速度。检漏时，喷枪在漏孔处必须停留的时间应为仪器反应时间的3倍（此时输出信号为最大信号的95%）。小于这个时间，仪器灵敏度未能得到发挥；大于这个时间，输出信号充其量提高5%，而检漏效率却大大降低。

所谓清除时间，即停止喷氦后，输出信号降低到最大信号的37%时所需要的时间。其数值上和反应时间相等。清除时间决定了两次喷吹的间隔时间，它和反应时间一样直接影响检漏速度。