CN104006929A - 基于限压-分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于限压—分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统，包括质谱室、分流腔、长距离吸枪线、分流泵、真空系统、数据处理显示单元，质谱室设置有四极质谱计，并通过真空系统对质谱室抽真空，四极质谱计电连接有数据处理显示单元，质谱室通过微调阀一连通有分流腔，分流腔连接有分流泵，分流腔还连通有长距离吸枪线，长距离吸枪线前方还设置有微调阀二。与现有技术相比，本发明的检漏系统提高了检漏灵敏度，满足实际测试需求并延长系统使用寿命；测试距离不小于10m，满足了航天器现场测试的需求；在分流腔设置低真空计，使入口微调阀的调节更直观，有利于现场操作。

Description

基于限压-分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统及方法

技术领域

本发明属于质谱检漏技术领域，具体而言，本发明涉及在大气环境下对加注了气体及挥发性液体工质的航天器进行漏率测试的质谱单点漏率检测系统。此外，本发明也提出了大气环境下的质谱单点检漏的方法。

背景技术

目前，我国航天器检漏时，一般用氦质谱吸枪检漏法进行单个密封环节的漏率测试。该方法的优点是测试系统简单、且成本低廉。缺点是具有多个密封系统的航天器检漏时，易发生氦气本底干扰，严重影响检漏周期。此外，航天器密封系统的工作介质包含多种气体、液体，用氦气检漏得到的漏率不能完全等效非氦气工质的漏率，特别是密封系统充装非氦工质后发生的泄漏无法用氦质谱检漏仪进行检测，重复使用航天器的发展方向也需要研发非氦工质下的单点检漏技术。

质谱技术的发展，使对多种物质的检测得以实现。理论上，四极质谱计可在不低于10^-2Pa真空度的条件，对所有进入质谱室的气态物质进行分析和检测，可满足航天器对多种检漏介质、工作介质的检测需求。

目前，普遍应用在大气环境下对空气中的微量气体成分进行分析的质谱检测系统如图1所示。其中，该质谱检测系统包括质谱室，质谱室设置有四极质谱计、并连接有抽吸质谱室的真空系统，质谱室通过微调阀分别连接有毛细管和分流泵，质谱室还设置有真空计，在分流泵的抽吸作用下，混合微量气体的大气可快速地通过限流的毛细管，大部分被分流泵抽走，压力降至500Pa下的少量气体通过微调阀进入质谱室，质谱室的真空度由真空系统维持在10^-2Pa以下，经四极质谱计的分析可得微量气体的成分。此系统主要是对大气中微量气体的种类和相对浓度进行定性的分析和确认，若要定量分析，需经过特定的校准。此外，此系统以1m左右的毛细管作为进气部件，其脆性不利于工程应用，同时毛细管的长度也无法满足航天器单点检漏距离不少于10m的需求，若延长毛细管至10m，将大大增加测试系统的反应时间(不少于30min)，无法满足快速检漏的目的。为此，提供一种在大气环境下能够进行高精确度且操作方便的单点漏率测试方法。

发明内容

本发明目的是提供一种可在大气环境下对加注了气体工质或可挥发性液体工质的航天器进行单点漏率测试的方法，克服了当前只能以氦气为示漏气体并利用氦质谱检漏仪进行航天器单点检漏的局限性。

本发明所提供的具体方案如下：

本发明的基于限压—分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统如图二所示。其中，该检漏系统包括质谱室、分流腔、长距离吸枪线、分流泵、真空系统、数据处理显示单元，质谱室设置有四极质谱计，并通过真空系统对质谱室抽真空，四极质谱计电连接有数据处理显示单元，质谱室通过微调阀一连通有分流腔，分流腔连接有分流泵，分流腔还连通有长距离吸枪线，长距离吸枪线前方还设置有微调阀二。

其中，质谱室还设置有高真空计。

其中，分流腔还设置有低真空计。

其中，长距离吸枪线的长度为至少10m。

一种基于限压—分流法的大气环境下的质谱单点检漏方法，包括以下步骤：

1)本底测试：在大气环境下运行上述检漏系统，利用长距离吸枪线测试被测产品中的检漏工质在大气中的浓度，并记录浓度值I₀；

2)校准检漏系统：利用上述检漏系统的长距离吸枪线测试充有检漏工质的正压标准漏孔的浓度值I_Q0，正压标准漏孔是已标定的标准漏孔，其标称漏率为Q₀；

3)被测产品的漏率测试：利用上述检漏系统测试被测产品需进行漏率测试的部位，并记录浓度值I_Q；

4)漏率计算：根据公式1计算被测部位的漏率Q：

$Q=\frac{I_Q-I_0}{I_{Q0}-I_0}{Q}_0...\left(1\right).$

本发明技术方案的特点包括:

1)检漏系统设置长的吸枪线，使测试距离不小于10m，满足航天器现场测试的需求；

2)在检漏系统入口端设置限流的微调阀，微调阀的下游设置长的吸枪线，在检漏时，含有检漏介质的空气通过限流孔的微调阀后在分流泵的抽吸作用下可快速通过吸枪线进入质谱室，当检漏结束时，吸枪线中残留的检漏介质被分流泵快速抽除，获得理想的反应和清除时间；同时可根据被测漏率的大小调节微调阀二的开度，从而改变进入质谱室的检漏介质的分压力，从而提高或降低检漏灵敏度，满足实际测试需求并延长系统使用寿命；

3)在分流腔设置低真空计，使微调阀二的调节更直观，有利于现场操作；

4)正压标准漏孔的使用，使系统的校准更简洁、方便，有利于工程应用。

附图说明

图1是现有技术中微量气体分析系统的结构示意图。

图2本发明的基于限压—分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的基于限压—分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

本发明的基于限压—分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统，包括质谱室、分流腔、长距离吸枪线、分流泵、真空系统、数据处理显示单元，质谱室设置有四极质谱计，并通过真空系统对质谱室抽真空，四极质谱计电连接有数据处理显示单元，质谱室通过微调阀一连通有分流腔，质谱室还设置有高真空计，分流腔连接有分流泵和低真空计，分流腔还连通有长度为至少10m长距离吸枪线，长距离吸枪线前方还设置有微调阀二。同时，检漏系统还包括经过校准的标准正压漏孔。

微调阀儿通过开度的大小调节进入检漏系统的气体量，其开度与分流腔的压力成反比，可改变测试系统的检漏灵敏度；低真空计直观地反应了微调阀二的调节效果，有利于此阀的操作；分流泵使经过微调阀二进入测试系统的气体快速通过长距离的吸枪线，有利于缩短反应时间和清除时间。此技术可对不同示漏气体、可挥发性液体工质在大气环境下进行单点漏率的测试，可满足航天器未来发展对检漏技术的需求，可有效缩短检漏周期，消除多密封系统氦质谱检漏时的氦本底干扰隐患，真正实现密封性能的原位测量。

本发明的原理如下：

在分流泵的抽吸作用下，混合微量检漏介质的大气通过限流的微调阀二进入检漏系统，并快速地通过长的吸枪线，到达分流腔，大部分被分流泵抽走，压力降至1000Pa下的少量气体通过微调阀一进入质谱室，质谱室的真空度由真空系统维持在10^-2Pa以下，经四极质谱计的分析可得检漏介质的浓度。

检漏系统进行测试的具体实施如下：

微调阀一和微调阀二关闭状态下，开启真空系统，使质谱室真空度稳定维持在10^-4Pa以上。开启四极质谱计和数据处理单元，进入测试程序，对检漏系统空载状态下的被检漏工质的本底浓度进行检测，此值表示真空系统对此工质的洁净度，数值越低检漏灵敏度就越高。开启分流泵，调节微调阀二，同时观察低真空计，使分流腔压力为50Pa～1000Pa；调节微调阀一，同时观察高真空计，使质谱室真空度不低于10^-2Pa，此时环境大气在分流泵的抽吸作用下通过微调阀二进入检漏系统，依次通过吸枪线、分流腔、微调阀一进入质谱室，经测试程序得到环境大气中检漏工质的浓度，即本底值I₀。保持微调阀一、微调阀二开度不变，用微调阀二入口嗅探正压标准漏孔的气体出口，正压标准漏孔泄漏出的检漏工质在分流泵的抽吸作用下通过微调阀二进入检漏系统，依次通过吸枪线、分流腔、微调阀一进入质谱室，经测试程序得到正压标准漏孔泄漏出的检漏工质浓度I_Q0。微调阀二入口远离标准正压漏孔，测试反应值恢复至本底值后，保持微调阀一、微调阀二开度不变，用微调阀二入口嗅探航天器被测部位，若存在漏孔，泄漏出的检漏工质在分流泵的抽吸作用下通过微调阀二进入检漏系统，依次通过吸枪线、分流腔、微调阀一进入质谱室，经测试程序得到航天器被测部位泄漏出的检漏工质浓度I_Q。通过公式1的计算就可得到航天器被测部位的漏率Q。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于限压—分流法的大气环境下的质谱单点检漏系统，包括质谱室、分流腔、长距离吸枪线、分流泵、真空系统、数据处理显示单元，质谱室设置有四极质谱计，并通过真空系统对质谱室抽真空，四极质谱计电连接有数据处理显示单元，质谱室通过微调阀一连通有分流腔，分流腔连接有分流泵，分流腔还连通有长距离吸枪线，长距离吸枪线前方还设置有微调阀二。

2.如权利要求1所述的质谱单点检漏系统，其中，质谱室还设置有高真空计。

3.如权利要求2所述的质谱单点检漏系统，其中，分流腔还设置有低真空计。

4.如权利要求1-3任一项所述的质谱单点检漏系统，其中，长距离吸枪线的长度为至少10m。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述系统进行单点检漏的方法，包括以下步骤：

1)本底测试：在大气环境下运行上述检漏系统，利用长距离吸枪线测试被测产品中的检漏工质在大气中的浓度，并记录浓度值I₀；

2)校准检漏系统：利用上述检漏系统测试充有检漏工质的正压标准漏孔的浓度值I_Q0，正压标准漏孔是已标定的标准漏孔，其标称漏率为Q₀；

3)被测产品的漏率测试：利用上述检漏系统测试被测产品需进行漏率测试的部位，并记录浓度值I_Q；

4)漏率计算：根据公式1计算被测部位的漏率Q：

$Q=\frac{I_Q-I_0}{I_{Q0}-I_0}{Q}_0...\left(1\right).$