常压累积法氦质谱检漏的误差分析

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1、常压累积法氦质谱检漏的误差分析 导弹与航天运载技术MISSILESANDSPACEVEHICLES常压累积法氦质谱检漏的误差分析康小录(上海航天动力机械研究所，上海，200233)摘要 通过对常用的大气压累积法氦质谱检漏过程和标定技术的分析，导出了该方法所带来的系统误差的一般表达式。指出了消除系统误差，提高常压累积法氦质谱检漏准确度和可靠度的可能的努力方向。关键词 误差，测量，质谱检漏。 TheErrorAnalysisofUsualIntegratingLeakDetectionofHeliumMassSpectrometeratNormalAtmosphereKangXiao

2、lu(ShanghaiAerospacePowerMachineryInstitute，Shanghai，200233)Abstract Thegeneralexpressionofsystemerrorofusualintegratingheliummassspectrometerleakdetectionmeasurementatnormalatmosphereisgivenbyanalyzingtheleakdetectionprocedureanditscalibration.Apossiblestudydirectionisproposedtoreducethesysteme

3、rrorandtoincreasetheaccuracyandreliabilityofintegratingleakdetectionmeasurementatnormalatmosphere.KeyWords Error，Measurement，Leakdetection.1引 言航天工程中，常常需要对大型组件、结构复杂系统的总漏率进行测试。如果采用传统真空检漏方法，不但在技术上难以实现，而且也很不经济。如果在常压大气状态下进行测试，灵敏度又达不到要求。因此，在测试时采用常压累积法氦质谱检漏技术［1］。常压累积法检漏所采用的检测仪器一般为质谱仪器（包括氦质谱检漏仪）[2]。由于质谱

4、仪器的离子源大多是热阴极电子碰撞式电离离子源，其工作压力在10-2Pa以下［3］。为保证离子源的正常工作压力，必须通过一定的取样系统，将被检系统中气体样品的一部分注入质谱仪的离子源（离子源中的压力保持在其正常工作的压力范围）中进行分析，然后再根据分析结果和取样过程确定出被检件的漏率值。采用常压累积法质谱检漏技术，涉及到被检件和集气容器的吸附、脱附，进样系统的分馏以及集气容器的渗透等诸多因素，使测量结果的准确度和可靠度受到限制。通过对常压累积法质谱检漏过程和标定方法的分析，考察影响测量准确度和可靠度的因素，进而探讨消除影响测量因素可能的努力方向。2 常压累积法检漏技术2.1 基本原理如图

5、1所示，被检件内充入了一定压力的示漏气体，装于一特制的集气容器内，集气容器空腔内为常压大气。如果被检件有漏，示漏气体通过漏孔进入集气容器中，使得集气容器内的示漏气体的分压力增加。经过一定的时间，集气容器内示漏气体的分压力增加到一定的值。通过质谱仪器测量集气容器内示漏气体的分压力的变化，便可得出被检件的总漏率。 图1 常压累积法检漏原理示意图设集气容器空腔的净容积为V；被检件的总漏率为Q；由被检件漏出的示漏气体全部进入集气容器空腔的空间内，并且在累积时间t内集气容器内的示漏气体分压力增量p除由被检件泄漏无其它来源。被检件的总漏率可以由下式求得：2.2 检漏系统的标定 集气容器空腔内示漏

6、气体的分压力测量采用氦质谱检漏仪或一般的质谱仪器。由于质谱仪(包括氦质谱检漏仪)的输出既不是漏率的数值，也不是分压力的量，而是与分压力和漏率相关的相对电压信号。因此，必须通过一定的校准程序来建立检漏仪器输出量与分压力或漏率的对应关系。这便是检漏系统的标定。通常采用配样的方法进行系统的标定。配样标定法的基本原理如图2所示。被检件处于常压大气状态下，装于集气容器内，构成与实际测试时相似的系统，通过进样系统给集气容器空腔注入一定量的示漏气体He。设注入的He气量为p0V0，则混和均匀后集气容器空腔内示漏气体分压力的增加量为pHe，通过氦质谱检漏仪测量便有一确定的输出增量I0，从而可建立检漏仪

7、输出增量与分压力增量的关系:I0=KpHe         (2) 设注入集气容器的氦气全部进入集气容器空腔的空间而无其它损失，则可得出: 图2 系统标定原理图实际测试时，设在累积时间内，检漏仪的输出净增量I为由式(3)，(4)可以得出:由于p0，V0，I，I0，t都是已知量，便可由式(5)求得被检件的总漏率值。3 常压累积法检漏的误差分析式(5)的推导是在理想的情况下得到的，忽略了许多诸如材料表面对示漏气体的吸附以及渗透、内漏等因素。对于被