多種示漏氣體分析儀的結構及工作原理
對于像航天器那樣的體積大、結構復雜,且具有多個分系統的被檢件來說,如果采用氦質譜充壓真空室檢漏方法對一個個分系統檢漏,不僅需要花費巨資建造大型真空容器,而且需要相當長的檢漏時間。因此,提出了將航天器放在不需抽真空的常壓容器中,用多種示漏氣體(或者利用分系統本身的工作介質)分別充入不同的分系統,然后采用四極質譜分析的方法同時對幾個甚至所有分系統進行常壓檢漏,這樣就可以大大提高檢漏的效率。
歐洲空間技術中心為解決TD衛星以及ISEE-B衛星的檢漏問題,研究了這種方法,并研制出相應的檢漏儀器。為了解決航天器整體檢漏問題,在借鑒國外經驗的基礎上,研制了一臺適合常壓檢漏的多種示漏氣體分析儀。設計要求大氣環境下最小可檢He和CF4的濃度為5×10-8 。最小可檢Ne的濃度為5 ×10-7 。
多種示漏氣體分析儀的結構及工作原理
研制的多種示漏氣體分析儀的結構原理如圖1 所示。它由取樣系統、四極質譜計分析系統及數據顯示處理系統三部分組成。取樣系統由10個采樣閥、循環泵、取樣閥(或小孔)、采樣容器、分子泵、機械泵及閥門V1,V3,V4,V5,V6,V7,V8等組成。四極質譜分析系統由四極質譜計、鈦升華泵、液氮冷阱、分子泵、機械泵、插板閥、旁路閥及閥門V2、V9等組成。數據顯示及處理系統由一臺配有專用的四極質譜計操作軟件的計算機、打印機及顯示器等組成。
圖1 多種示漏氣體分析儀結構原理圖
1-充氣系統;2-回收系統;3-集氣容器;4-零樣;5-標樣1;6-標樣2;7-待測1; 8-待測2;9-循環泵;10-采樣容器;11-取樣閥;12-分子泵;13-機械泵;14-插板閥;15-電離計;16-冷阱;17-四極質譜計;18-鈦升華泵;19-打印機;20-顯示器;21-計算機;22-熱偶計
將被檢件(具有多個艙段的航天器或具有多個分系統的艙段) 放在一常壓集氣容器中。檢漏時,利用充氣系統對各艙段(或各分系統) 分別充入一定壓力的不同示漏氣體(主要是惰性氣體He、Ne和氟里昂14(CF4)或其它一些在大氣環境中含量較少的氣體)。如果某艙段或分系統有漏,示漏氣體將通過漏孔進入到集氣容器中,使集氣容器中的示漏氣體的分壓(或濃度) 增加,經過一定時間t后,集氣容器中的示漏氣體的分壓(或濃度)就增加到一定的值。
利用集氣容器中設置的幾個風扇將集氣容器中的氣體混合均勻。采樣前,利用機械泵和分子泵將采樣容器(體積為1L左右)抽一定的真空度,并啟動循環泵,打開零樣閥,將零樣氣體(采用被檢件未充示漏氣體前集氣容器中的氣體) 輸運到V6 閥的前面,關循環泵,關V5、V4閥,開V6閥,將零樣氣體放入采樣容器中,然后關V6 閥,調節取樣閥的流量,使零樣氣體進入四極質譜計的分析室中進行分析,測出各示漏氣體的本底分壓值。然后關V3及零樣閥,開V4及V6閥,用機械泵將采樣容器及循環磁管路中的零樣氣體抽除后,再關V4和V6閥,打開V3、V5閥,用分子泵將采樣容器抽到較高的真空度,同時再啟動循環泵,開待測閥1(或待測閥2),將集氣容器中混合均勻的氣體輸運到V6的前面,關V5閥,開V6閥,將混合氣體放入采樣容器中,關V6閥并通過取樣閥(此時保持取樣閥流量不變) 將混合氣體送入四極質譜計中進行分析,測出相應的各示漏氣體的分壓值(Pti)。這樣在t 時間內,知道示漏氣體i的分壓值的變化量和集氣容器放置被檢件后的凈體積V,就可以算出裝有示漏氣體i的艙段(或分系統)的總漏率。
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