CN101203738A - 校准质谱嗅测检漏器的方法 - Google Patents

Abstract

通常必须针对每一种示踪气体来校准嗅测检漏器。校准涉及在质谱和振幅高度上界定光谱位置。根据本发明，使用校准气体确定至少一个质量波峰。通过插值和/或外推法确定位于两个质量波峰之间和/或零点与质量波峰之间的质量波峰。以这种方式，可以针对先前没有被校准的示踪气体来使用嗅测检漏器。

Description

校准质谱嗅测检漏器的方法

技术领域

本发明涉及一种针对要被检测的各种示踪气体(tracing gas)来校准光谱测定嗅测(sniffing)检漏器的方法，所述方法包括使用限定的校准气体，所述气体通过测试泄漏口而优先漏出。

背景技术

嗅测检漏器用于检测从受到泄漏测试的容器中漏出的示踪气体。应用嗅测检漏器的典型领域是冰箱和空调设备，其中冷却剂包含在相对于周围环境密封的回路中。在质量控制过程中，要检查冷却剂回路的密封性。嗅测检漏器吸入馈送到气体检测器的环境空气，用于判断是否在吸入的空气中包含示踪气体。通常，仅仅识别存在示踪气体是不够的。此外，还需要关于漏出的示踪气体量和/或所检测到的泄漏大小的信息。

嗅测检漏器包括作为气体检测器的气体分离系统，所述气体分离系统分析所吸入的气体混合物。气体分离系统通常是质谱仪。然而，也可以使用红外气体检测器。气体分离系统根据质量数和各自振幅来确定气体混合物中所包含的成份。质量数表示气体的分子质量。许多气体包括具有不同振幅的几个波峰的组合。

存在使用检漏器来检测各种示踪气体的需要。目前，需要对每一种示踪气体单独进行校准。在US-A-6,263,724中描述了一种包括自动校准装置的气体分析器。用具有不用质量的n种气体的混合物来填充容器，所述容器包括被校准的测试泄漏口。气体混合物的所述n种气体中的每一种的部分泄漏流量是已知的。确定所述气体中的每一种的质量数。借助于这种校准方法仅针对所选择的气体来执行校准。如果随后将该检漏器用于其它气体，则需要使用所述示踪气体作为校准气体来重新进行校准。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于校准嗅测检漏器的方法，所述嗅测检漏器即使在校准过程中没有使用多种示踪气体进行的情况下，也可以针对这些示踪气体进行测试。

在权利要求1中限定了根据本发明的方法。相应地，测量已知其泄漏率(leak rate)和比例分布(fraction distribution)的校准气体的至少一个光谱测定波峰。基于该测量值来确定设备因数。根据已知的其它气体的比例因数和所确定的设备因数，可以确定其它气体的振幅。

根据本发明的方法涉及优选通过由一种校准气体或者几种校准气体所产生的具有特定光谱位置和振幅的几个光谱测定波峰来进行校准。因此，可以覆盖更大范围的光谱轴的标度(scale)和/或气体。本发明基于如下事实：当涉及多种示踪气体时，不需要针对所涉及的每一种示踪气体进行校准。而是，使用至少一种选择的校准气体进行校准，其中产生至少一个光谱测定波峰。由于校准气体的光谱位置是已知的，所以可以根据所测得的几个波峰或者所测得的波峰和零点来产生光谱轴的标度，其中其它气体的光谱位置可以被并入该标度。以这种方式，针对每一个嗅测检漏器和/或针对包含于其中的每一个气体检测器产生校准的光谱轴，所述光谱轴覆盖更大范围的光谱位置。

除了气体的识别，还必须确定该气体的量以便获得关于所检测的泄漏大小的信息。为此，需要确定测得的光谱测定波峰的振幅。根据本发明，根据光谱位置和各振幅部分由所测得的校准气体的波峰的振幅值和已知的每种示踪气体的波峰的比例分布来确定每种示踪气体的波峰的振幅的灵敏度因数。以这种方式，不仅相对于各个气体的光谱位置还相对于各个气体的各振幅值校准检漏器。

在校准过程期间所测得的两个光谱测定波峰之间的光谱位置可以通过线性插值来确定。可以将波峰对(pairs of peaks)与已知的光谱位置彼此组合，并在一对波峰之间进行线性插值。在已知气体的波峰所包含的范围之外，可以通过外推来确定光谱位置。这里，将在最后(最外)的波峰处所确定的光谱位置的偏移保持在外推范围内。这样，例如在最外波峰中的一个处的0.2的误差作为结转(carry forward)到外推范围的附加误差。

根据本发明，在单个校准过程中针对多种气体来校准嗅测检漏器，其中，根据已知气体性质来确定没有构成校准气体的一部分的示踪气体的灵敏度。

除了测量校准气体的波峰的位置以外，还可以根据包含在空气中的气体来估计光谱位置。例如，空气包含一小部分氩，其在质量数为40处具有明显的波峰。以这种方式，包含在空气中的氩或任何其它气体也可以用来产生光谱位置的标度。然而，包含在环境空气中的气体不适于为了确定泄漏大小的目的而归一化(normalize)该振幅。

当使用质谱仪时，将质量轴表示为光谱轴(X轴)。在IR分光计中，光谱轴表示波长。

附图说明

现在，参考附图更详细地说明本发明的实施例，在附图中：

图1示出嗅测检漏器的示意性框图；以及

图2示出被检测气体的具有不同波峰位置的质谱的示例。

具体实施方式

图1所示的嗅测检漏器包括用来吸入气体的嗅测端10。在泄漏检测过程期间可以将用手来操控的嗅测端10与柔性嗅测导管11连接。嗅测导管11延伸到气体分离系统12，所述气体分离系统能够有选择地识别吸入的气体。例如，气体分离系统12是质谱仪MS，但是其也可以是任何其它类型的气体检测器，如红外气体检测器。气体分离系统12与真空泵13连接，该真空泵13产生操作质谱仪所需的真空，并且将吸入的气体反馈到周围环境中。在估计和显示单元14中，对由分离系统12所提供的数据进行估计，并且使操作者可获取该数据。

嗅测检漏器提供手动泄漏检测。其可以用于空调设备或冰箱的制造，所述空调设备或冰箱填充有气体，例如冷却剂。用嗅测端10并且通过气体分离系统排出在泄漏处漏出的气体。在一些设备中，将气体分离系统设置在嗅测端10的手柄中。

可以使用各种类型的气体分离系统。其中一些气体分离系统能够从其中包含的附加物质中分离空气，并且进一步区分泄漏气体的不同气体成份。通过使用质谱仪可以分别地检测并显示不同的冷却剂或其它气体。迄今为止，已经针对每一种气体分别确定灵敏度。

为了校准嗅测检漏器，使用包括已知大小的测试泄漏口(test leak)16的容器15。嗅测端10在测试泄漏口16处进行嗅测以便确定泄漏率和校准设备对测试泄漏口的显示。温度传感器(未示出)确定校准气体的温度。例如，将泄漏率转换到20℃的参考温度。

图2示出由气体分离系统12所确定的质谱。所示质谱是校准气体的质谱。在当前情况下，选择冷却剂R134a作为校准气体。

在图2中，在横坐标上绘制质量数M，在纵轴上绘制质谱仪的振幅A。校准气体在质谱中产生几个光谱测定波峰。此外，吸入的气体混合物包含具有包含于其中的所有气体成份的空气。

在图2中，第一光谱测定波峰21出现在质谱中的质量数40处。所述质量数对应于氩(Ar)气。所述波峰是由空气中包含的氩成份所产生的。氩产生明显并且稳定的波峰，因此非常适合校准质量标度，即使校准气体不包括氩。

在所示实施例中，包含在容器15中的校准气体产生三个光谱测定波峰22、23和24。波峰22位于质量数51处，波峰23位于质量数69处，波峰24位于质量数83处。这对应于气体R134a的特征。此外，该气体具有51/14％、69/72％和83/63％特征比例分布。

第一个数字表示各个质量数M，第二个数字表示相对于相同气体的最高波峰的波峰高度。因此，比例分布提供关于所涉及的波峰的质量数与各个波峰的振幅部分的信息。

根据本发明，识别出氩的波峰位置和通过测试泄漏口16漏出的校准气体R134a的波峰的位置，并且将它们用来确定质量数40、69和83。波峰22由于其高度小而未进行估计。在质量数40和69之间通过线性插值来确定质量数，并且在质量数69和83之间也通过线性插值来确定质量数。以这种方式，产生质量数标度，在该质量数标度中可以标定(range)任何检测气体。可以将83以上的质量范围向更大的质量外推。例如，这可以通过结转质量数83处所检测到的质量误差来实现，作为常数将该质量误差加到所确定的83以上的测量值。

以与校准质量数标度相同的方式对测试泄漏口16的大小执行振幅校准。校准气体的全部稳定气体管线可以用来确定灵敏度。然而，在上述示例中，由于氩包含在空气中而不是包含在通过测试泄漏口16漏出的校准气体中，因此氩的波峰21不适合用于该目的。

为了校准该质量位置，不是绝对需要使用校准气体。还可以通过估计包含在空气中的各个气体来确定质量位置。然而，空气仅包含几种适合用于该目的的气体。为了校准振幅标度，肯定需要测试泄漏口。

对振幅进行校准在于：针对校准气体，测得的波峰之间的误差被相对于比例分布平均。这由图2中的直线25表示。这里，假设波峰23相对于比例分布被估计得过高，而波峰24被估计得过低。然后，在直线25上互相调节振幅，其中，波峰23的振幅值减小的值与波峰24的振幅值增大的值相同。当针对测试泄漏口的大小校准振幅时，可以使用至少一个测得的波峰通过确定各个气体的灵敏度因数来校准更大范围的质量数。

可以根据下面的方程式来计算与校准气体不同的示踪气体的泄漏率Lr：

                  Lr＝GF×BF×IW×MF            (1)

其中，

Lr＝泄漏率

GF＝设备因数

BF＝(各个波峰的)比例因数

IW＝电离几率

MF＝材料因数

设备因数取决于各个检漏器。所述设备因数表示检漏器的灵敏度。其对各种气体在很大的程度上保持恒定。从表中可以看到因数BF、IW和MF取决于所使用的气体类型。例如，该表可以从下面网址找到：

http://www.inficongasanalyzers.com/pdf/Calculating_Partial_Pressures.pfd。

对于本实施例的校准气体R134a(气体1)，使用如下方程式：

              Lr₁＝GF×BF₁×IW₁×MF₁                    (2)

其中，下标1表示气体1。

从方程式(2)可以得到设备因数：

$\mathrm{GF}=\frac{L{r}_1}{{\mathrm{BF}}_1\×{\mathrm{IW}}_1\×{\mathrm{MF}}_1}---\left(3\right)$

对于第二气体(气体2)，应用下面的方程式：

              Lr₂＝GF×BF₂×IW₂×MF₂                    (4)

现在，通过该方程式(4)和通过方程式(3)可知的设备因数GF，可以将全部气体转换为已知气体。为了减小由各种质谱仪之间的差异所引起的误差率，还可以通过测量来检查气体比率。

Claims (7)

1.一种针对要检测的不同示踪气体来校准光谱测定检漏器的方法，所述方法包括使用限定的校准气体，所述限定的校准气体优先通过测试泄漏口漏出，其中，所述校准气体的光谱测定波峰被确定，其特征在于，

使用具有已知泄漏率的校准气体的至少一个波峰的被测振幅来确定设备因数，

根据所述校准气体的已知比例因数和所测试的气体的已知比例因数以及所述设备因数，确定针对所测试的气体的校准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述校准气体或者根据包含在空气中的气体(Ar)来确定至少一个所限定的波峰的光谱位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述光谱位置的零点用作已知的固定点。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，根据所测试的气体的波峰在光谱轴中的已知光谱位置通过对一个波峰和/或多个波峰和/或质量轴的零点进行插值和/或外推，来确定所测试的气体的波峰。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的方法，其特征在于，在两个测得的波峰之间和/或在光谱轴的零点和测得的波峰之间，通过线性插值确定光谱位置。

6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的方法，其特征在于，在位于所测得的波峰的范围之外的外推范围内，通过在所述外推范围内保持在最后的波峰处所检测到的光谱位置的偏移来确定光谱位置。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的方法，其特征在于，在测量测试泄漏口的波峰的振幅期间，通过经由光谱轴进行插值和/或外推针对要测量的其它气体来校正偏离已知比例因数的振幅分布。

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