氦質譜檢漏技術是目前國內外應用較多的一種先進的檢漏技術。" 貯箱漏率正壓檢測方法" 是為適應航天貯箱結構復雜、漏率要求嚴格等特點而開發的一種氦質譜檢漏方法。被檢容器充正壓，外部集氣容器保持常壓或抽成真空，實現正壓差累積法檢漏和壓力真空檢漏，消除了人為及環境因素影響，具有檢測效率高、結果精確、安全可靠等優點。經測算該檢測方法較傳統方法可降低成本30 %。

1、引言

　　測氦質譜檢漏法已在科研和工業部門得到廣泛應用，其主要優點是可以在各種檢工況條件下實現泄漏率的定量檢測，而且檢漏靈敏度高、測量范圍廣，特別適用于微小泄漏率的精確測定。航天貯箱屬于精密設備，漏率要求極其嚴格，傳統的氦質譜檢漏方法已不能適應航天工業的發展，需要一種檢測效率更高，可靠性更好的檢測方法，貯箱漏率正壓檢測法就是應這種需要而開發的。

2、貯箱漏率正壓檢測法簡介

2.1、常用正壓氦質譜檢漏方法

　　正壓氦質譜檢測技術是正在興起的檢測方法，包括吸槍法、氣罩積分法、正壓差累積法和壓力真空法，見圖1。采用吸槍法和氣罩積分法時，氦氣通過漏孔從高壓向大氣泄漏;正壓差累積法則是氦氣從高壓向低壓側泄漏;而壓力真空法則是從高壓向真空泄漏。吸槍法和氣罩積分法在國內已有使用，其特點是不需專用裝置、機動靈活，但對操作者有較高的要求，易受人為因素及環境因素的影響，精度受到限制。正壓差累積法及壓力真空法受外界因素影響小，檢測方便，易于掌握，具有精度高、檢測結果穩定、可靠性強、檢測效率高等特點，因而備受關注，但其需要專用設備。

圖1 氦質譜正壓檢漏法示意圖

2.2、貯箱正壓檢測系統技術流程

　　圖2是貯箱正壓漏率檢測系統圖。整個系統由集氣容器、真空機組、貯箱加氣系統、貯箱載入機構、承架、電控系統、檢漏系統等部分組成，檢漏時采用氦質譜檢漏技術，本系統適用于衛星燃料貯箱、低溫氣瓶等產品的總漏率的檢測。

圖2 貯箱漏率正壓檢測系統簡圖

　　該系統模擬貯箱的空間環境，將受檢貯箱穩定地放在承載架上并由減震載入機構送入處于真空狀態的集氣容器內，集氣容器由真空系統抽成真空，使貯箱外部形成真空環境。氦氣與氮氣按比例由加氣系統充入貯箱內部，使貯箱內部形成正壓;當氣瓶內壓力低時，可啟動氣泵壓入，充入氣體由過濾器過濾。由于貯箱內外壓力差以及氦氣的滲透能力強，貯箱內的氦氣經漏孔滲漏到集氣容器內，集氣容器為封閉的真空狀態，滲漏入的氦氣被收集累積，并由風扇均勻化，能真實地反映貯箱的總漏率。檢漏儀需預先校驗，調整到需要的最小可檢漏率，通過吸槍或真空管路從集氣容器中進行采樣，實現漏率檢測。集氣容器作為該系統的關鍵設備，其作用有三：①抽真空模擬了貯箱的空間環境；②收集滲漏氦氣，消除了人為及環境因素的影響，反映貯箱的真實漏率；③一旦貯箱破裂，能起到安全保護作用。

2.3、檢測系統工作原理

　　將處于常壓狀態下的貯箱放入集氣容器內，讓容器處于常壓密封狀態或真空狀態，同時打開漏率為Q0的正壓標準漏孔進行累積定時取樣記錄檢漏儀的輸出數據，讀取正壓標準漏孔經過t1 時間的累積后，檢漏儀輸出指示變化為△I0 。當貯箱充入一定濃度和壓力的氦氣后，貯箱壁上如有漏孔，示漏氣體氦通過漏孔，在集氣容器中進行積累，集氣容器中的氦分壓隨時間而上升。當累積t2 后，從集氣容器進行采樣，并送入質譜檢漏儀進行測試，讀取檢漏儀輸出指示的變化值△IV ，通過公式(1) 就可確定被檢貯箱的漏率值。

　　式中，Q 為被檢貯箱漏率(Pa ·m³ / s)；Q0 為正壓標準漏孔漏率值(Pa ·m³ / s)；△I0 為正壓標準漏孔累積t1 時間后檢漏儀的輸出指示變化值(格或毫伏mV)；△IV 為貯箱充入示漏氣體，累積t2 時間后檢漏儀的輸出變化值(格或毫伏mV)；t1 為正壓標準漏孔累積時間( s)；t2 為貯箱累積時間( s) ;γ為示漏氣體的濃度。

3、主要技術特點說明

　　①該系統模擬貯箱在空間的實際使用條件- - 內部帶壓，外部真空，即所謂的壓力真空檢漏，或內部帶壓，外部常壓或低壓，形成正壓差累積檢漏，檢測快捷，結果真實。②應用封閉的加氣系統及真空集氣容器使檢漏氣體的加注、收集、均化、檢測等環節不受人為因素及環境的干擾，檢測精度高。③采用磁傳動攪拌機構，變動密封為靜密封，運轉平穩，密封可靠，滲漏小。④采用分子泵機組，減少了返油對檢漏的影響，配用較大的機械泵，縮短了預抽時間，提高了檢測效率。⑤采用兩級減震解決了貯箱的平穩載入、承載問題。

4、性能試驗

4.1、試驗結果

　　真空度測試結果見表1。

表1 　真空度測試結果

　　集氣容器進行氦質譜檢漏，檢漏儀靈敏度調到1. 6 ×10^{- 9} Pa ·m³ / s ，未發現漏點。

4.2、結果分析

　　①機械泵預抽快，15 分鐘即可將容器抽到1Pa ，達到檢漏所需的真空度要求。②在壓力為1Pa 下打開分子泵，經過20 分鐘后壓力可降到1. 5 ×10 ^-2 Pa ，但從1. 5 ×10 ^-2 Pa 降到1. 4 ×10 ^-2 Pa 需要一個半小時，故系統的實測極限真空度可設定為1. 5 ×10 ^-2 Pa 。③根據氦質譜檢漏情況，并考慮氦濃度及抽空分流，集氣容器的總漏率將小于1. 6 ×10 ^-6 Pa ·m³ / s。④初步測算具有標準化的加氣配氣系統與目前采用的單一工質(氦) 可降低30 %的檢漏成本。

5、結語

　　經實踐使用證明，與其它形式的氣體泄漏檢測方法相比，該檢漏方法消除了人為及環境因素對檢測的影響，具有檢測快捷、結果真實、精度高、費用低的優點，很好地解決了貯箱的總漏率檢測問題。該檢漏方法也可用于低溫氣瓶、LNG車用氣瓶、壓力氣瓶、閥門等民用設備的高精度檢漏。作為一種先進的檢漏方法，將在航天及國民經濟的諸多領域發揮重要的作用。