密封器件壓氦和預充氦細檢漏過程中環境氦分壓的影響

2013-09-26 薛大同 蘭州空間技術物理研究所

  分別推導和分析了環境大氣氦分壓對壓氦法的影響,地球干潔大氣氦分壓對預充氦法和預充氦密封器件壓氦法復檢的影響。證明對于壓氦法,不需要考慮地球干潔大氣氦分壓的影響。但是如果候檢室環境大氣氦分壓顯著升高,對于內腔有效容積大,且等效標準漏率小的密封器件,會加大測量漏率值,所以壓氦后,被檢器件應盡快離開壓氦設備所在的房間。對于預充氦法,地球干潔大氣氦分壓會使測量漏率通過極大值后出現極小值,且當候檢時間與內腔有效容積之比大于100 h/cm3 時,極小值點的氣流仍處于分子流狀態,不能靠粗檢鑒別,所以需壓氦法復檢加粗檢,才能防止漏檢。另外,地球干潔大氣氦分壓會使預充氦法候檢時間的第一特征點變大,從而擴大了需壓氦法復檢加粗檢的范圍,但第二特征點不變,也不影響壓氦法復檢加粗檢的結果。

  密封器件的氦質譜細檢漏技術細分為壓氦法(即背壓法) 和預充氦法兩種。D A Howl 等首先給出了壓氦法測量漏率Re 與等效標準漏率L 的關系,并指出該關系對應的氣流狀態為分子流,文獻指出將壓氦法測量漏率與等效標準漏率關系式中第一個括號刪掉,就得到預充氦法的相應關系式。無論是壓氦法還是預充氦法,在公式推導中都假定候檢期間環境大氣中不存在氦分壓。然而,實際上地球干潔大氣中含有少量氦氣;壓氦時通常會產生檢漏用氦氣對環境大氣的污染,使環境氦分壓超過地球干潔大氣中的氦分壓。因此,推導和分析環境大氣中氦分壓對壓氦法和預充氦法的影響是十分必要的。

1、環境氦分壓對壓氦法的影響

  為了得到環境大氣中氦分壓對壓氦法的影響,有必要從真空系統的抽氣方程出發,按壓氦法的步驟,重新推導Re 與L 的關系。

(1) 壓氦結束后密封器件內部的氦分壓

  分子流下,可以只考慮所關心氣體的分壓力。所以,對于腔內原本不含氦氣的密封器件,不論腔內是否含有其他氣體,壓氦結束后密封器件內部的氦分壓為

壓氦結束后密封器件內部的氦分壓

  式中,pt1 為壓氦結束后密封器件內部的氦分壓,pe為壓氦期間密封器件外部( 即壓氦箱內) 的氦氣絕對壓力,UHe為密封器件漏孔對氦氣的的流導,V 為密封器件內腔的有效容積,t 1為壓氦時間。p t1不受環境大氣中氦分壓的影響。

(2) 檢漏前密封器件內腔的氦分壓

  顧及到候檢環境大氣中氦分壓的影響時,候檢期間密封器件漏孔的漏率為

檢漏前密封器件內腔的氦分壓

  式中,qHe為候檢期間密封器件漏孔對氦氣的漏率,pHe為候檢期間密封器件內腔的氦分壓,p He,0為候檢環境大氣中的氦分壓。

  將式(2) 代入真空系統的抽氣方程,得到

檢漏前密封器件內腔的氦分壓

  式中,pt2e為壓氦法檢漏前密封器件內腔的氦分壓,t 2e為壓氦法的候檢時間。

(3) 檢漏時氦氣經過漏孔的測量漏率

  由于檢漏時密封器件處于真空環境中,分子流下,氦氣經過漏孔的測量漏率為

檢漏時氦氣經過漏孔的測量漏率

結論

  (1) 對于壓氦法,不需要考慮地球干潔大氣氦分壓的影響。但是如果候檢環境大氣氦分壓顯著升高,對于內腔有效容積大,且等效標準漏率小的密封器件,會加大測量漏率值,所以壓氦結束后,被檢器件應盡快離開壓氦設備所在的房間。

  (2) 對于預充氦法,地球干潔大氣氦分壓會使測量漏率通過極大值后出現極小值,且當候檢時間與內腔有效容積之比大于100 h/ cm3 時,極小值點仍處于分子流范圍,不能靠粗檢法鑒別,所以需輔以壓氦法復檢,才能防止漏檢。

  (3) 地球干潔大氣氦分壓會使預充氦法候檢時間的第一特征點變大,從而擴大了需要輔以壓氦法復檢的范圍,但第二特征點不變,也不影響壓氦法復檢的結果。