CN103207050B - 一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法,用于判断被检预充氦密封器件的漏率指标是否合格,属于真空检漏与仪器技术领域。解决了候检时间长,从而可能存在的大漏孔处于分子流状态,不能靠粗检鉴别的问题,从而保持了预充氦法的主导地位,而将压氦法复检加粗检作为预充氦法的附属措施,以便保持预充氦法最小可检等效标准漏率比压氦法低好几个量级的优点。本发明所采用的技术方案途径是分析并穷举各种判断走向,一一采取相应的方法、制定相应的判据,其特点是对作为预充氦法附属措施的压氦法复检加粗检赋予一项新的重要职能,从而显著提高了可检测性。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封器件质谱检漏预充氦法,特别是涉及一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法,属于真空检漏与仪器技术领域。
背景技术
美国材料试验标准“ASTM E 493-06. Standard Test Methods for Leaks Using the Mass Spectrometer Leak Detector in the Inside-Out Testing Mode(将质谱检漏仪用于内部气体逸出模式的漏率检验标准方法)[S]”指出,密封器件氦质谱细检漏分压氦法(即背压法)和预充氦法两种。参照中华人民共和国航天行业标准“QJ 3212-2005. 氦质谱仪背压检漏方法[S]”和中华人民共和国国家军用标准“GJB/Z 221-2005. 军用密封元器件检漏方法实施指南[S]”,密封器件氦质谱细检漏装置原理如图1所示。
图1中给出了密封器件氦质谱细检漏的压氦法所包括的压氦、净化、检漏等三个步骤,但预充氦法没有压氦步骤。
从图1可以看到,密封器件氦质谱细检漏所需检测仪器与设备主要有:压氦箱、检测室、标准漏孔、氦质谱检漏仪及其他附属设备,包括氦气源、气源阀、压力表、预抽泵(两个)、预抽阀(两个)、放气阀(两个)、标漏阀、检漏阀等。参照QJ 3212-2005,其中:
a. 压氦箱应符合如下要求:① 应能承受绝对压力为1.5倍压氦压力的内压及绝对压力为1 × 105 Pa的外压;② 箱内压力为5 ×105 Pa的绝对压力下,8 h内的压降应小于0.2 ×105 Pa;
b. 检测室应符合如下要求:① 有效容积应能容纳被检器件并尽量小;② 密封后应能抽真空至5 Pa以下压力;③ 应有标准漏孔接口;
c. 标准漏孔应符合如下要求:① 漏率标称值应满足检漏要求;② 在校准或检定有效期内使用;
d. 氦质谱检漏仪应滿足“GB/T 13979-92. 氦质谱检漏仪[S]”的要求。
文献“薛大同, 肖祥正, 李慧娟等. 氦质谱背压检漏方法研究[J]. 真空科学与技术学报,2011, 31 (1): 105-109”中指出,氦质谱细检漏装置的有效最小可检漏率目前可以做到1×10-7 Pa×cm3/s。该装置可显示的密封器件最小测量漏率R min应不小于其十倍,即R min = 1×10-6 Pa×cm3/s。
参照GJB/Z 221-2005、GB/T 13979-92和“黄宏, 陈光奇, 陈联等. 大型低温容器氦质谱定量检漏方法[J]. 真空, 48 (5), 2011: 8-11”,由于密封器件氦质谱细检漏装置的有效最小可检漏率是在氦质谱检漏仪接好所有的外部检漏系统,包括没有充氦的被检器件或没有预充氦的被检器件替代品,并调整到实际检漏时的工作状态下测得的,而氦质谱检漏仪的最小可检漏率是在氦质谱检漏仪只接标准漏孔,不接外部检漏系统的条件下测得的,所以氦质谱检漏仪的最小可检漏率必须比密封器件氦质谱细检漏装置的有效最小可检漏率更小。
对于压氦法,文献“Howl D A, Mann C A. The back-pressurising technique of leak-testing(漏率试验的背压技术)[J], Vacuum, 1965, 15 (7): 347-352”最早给出压氦法测量漏率R e与密封器件等效标准漏率L的关系:
(1)
其中,p e为压氦期间压氦箱内氦气的绝对压力,p 0为标准大气压(p 0 = 1.013 25×105 Pa),M A为空气的摩尔质量(M A = 2.896×10-2 kg/mol),M He为He的摩尔质量(M He = 4.003×10-3 kg/mol),V为密封器件内腔有效容积,t 1为压氦时间,t 2e为压氦法的候检时间。
对于预充氦法,ASTM E 493-06指出,将压氦法R e与L关系式中第一个括号删掉,就得到预充氦法测量漏率R i与L的关系。因而:
(2)
其中,p i为密封器件内部预先充入的氦气分压力,t 2i为预充氦法的候检时间。
上述式(1)和式(2)是有限制条件的。Howl等人在上述文献中指出,密封器件氦质谱细检漏仅适用于完全分子流下的漏孔。因此,存在一个密封器件氦质谱细检漏的等效标准漏率上限L 0。
关于L 0,中华人民共和国国家标准“GB/T 2423.23-1995. 电工电子产品环境试验 试验Q:密封[S]”规定L 0 = 1 Pa×cm3/s(但该标准表5列出的L最大值为1.5 Pa×cm3/s);薛大同等人在上述文献中给出L 0 = 1.4 Pa×cm3/s,这与GB/T 2423.23-1995给出的值相近,本发明采用L 0 = 1.4 Pa×cm3/s。
在此基础上,QJ 3212-2005规定了密封器件氦质谱细检漏(包括压氦法和预充氦法)对设备、环境、安全、人员、试验原理、试验程序的要求。GJB/Z 221-2005.对密封器件氦质谱细检漏在实施过程中经常发生的问题,提出了指导性的意见。
其中,针对式(1)和式(2)所表达的密封器件氦质谱细检漏方法受L 0限制的问题,ASTM E 493-06指出,对密封器件进行氦质谱细检漏时,若试件有大漏,或者V很小,以致封闭在试件中或轰击到试件中的氦有可能在质谱检漏仪试验之前就已逃逸,因此必须使用其它方法来对这些试件进行检漏试验,如气泡试验、充液法或质量变化试验。
对此,GJB/Z 221-2005作了更为明确的表达:同一个测量漏率所对应的L可能是小漏孔(加下标称为L L),也可能是大漏孔(加下标称为L H),大漏孔要靠粗检剔除。
GJB-Z 221-2005进一步指出,据有关资料介绍,氟油加压高温液体法可检漏率下限为100Pa×cm3/s或更小;利用薄膜差压传感器制造的压力变化检漏仪可检漏率下限为100 Pa×cm3/s,一般手动检测时单个密封器件检测时间在10 s左右,在使用多工位全自动检测设备时检测一个密封器件的平均时间最小仅为1 s。通过延长检漏时间,可检漏率下限达到1×100 Pa×cm3/s(甚至到1×10-1 Pa×cm3/s),也是可能的。
目前,GJB-Z 221-2005介绍的上述两种粗检方法的可检漏率下限是最低的,可以保证粗检的可检漏率下限与L 0相衔接,但并非保证粗检可以剔除L H。显然,小于L 0的L H是不能靠粗检剔除的。
由式(1)表征的压氦法R e~L关系曲线中L max所对应的测量漏率我们称之为R e, max,GJB/Z 221-2005的上述表达可以转述为:压氦法“判定漏率合格准则”是:“R e ≤ R e, max,且进一步采用最小可检漏率小于L 0的粗检方法排除L H的存在”。
至此,可以给出压氦法的流程和预充氦法的操作流程:
压氦法的流程
压氦法的流程包括氦质谱细检漏操作流程和漏率判断流程。
参照QJ 3212-2005和GJB/Z 221-2005,压氦法的操作流程如图2所示。从图2可以看到压氦法的操作流程包括压氦、净化、检漏等三个步骤。其中:
a. 压氦步骤如下:① 将被检器件放入压氦箱中,将压氦箱抽真空至100 Pa以下;② 选择p e, t 1, t 2e; ③ 将纯氦气缓慢充入压氦箱中,充气时间不小于20 s,当压氦箱中压力达到P e后保压至选定的t 1。
b. 净化步骤如下:① 用20 s以上时间排放压氦箱中的氦气至零表压;② 用氮气或干燥空气对被检器件表面进行喷吹。被检器件允许加热时,可将被检器件加热至一定温度。应保证t 2e不超过选定值。
c. 检漏步骤如下:① 用式(1)计算、抑或使用预先依据式(1)给出的R e~L关系曲线、R e~L对应表格、由L求R e的程序,得到R e, max;② 将被检器件放入检测室中,对检测室抽真空至5 Pa以下;③ 检漏并记录检漏仪输出指示的漏率值,即R e。
压氦法的漏率判断流程是:如果R e ≤ R e, max,进一步采用最小可检漏率小于L 0的粗检方法对被检器件进行检漏。如果粗检结果无漏,判被检器件合格。
预充氦法的操作流程
预充氦法是对预充氦密封器件进行质谱检漏的方法。这种器件密封前预先在腔内充入一定压力的氦气,通常总压为一个大气压(1×105 Pa左右),其中氦气占10 %~100 %之间。然后将器件密封。
参照QJ 3212-2005和GJB/Z 221-2005,预充氦法的操作流程包括净化、检漏等两个步骤。其中净化步骤与压氦法类似,目的也是把器件表面所吸的氦气去除干净。检漏步骤为:
① 用式(2)计算、抑或使用预先依据式(2)给出的R i~L关系曲线、R i~L对应表格、由L求R i的程序,得到L max在R i~L关系曲线中对应的测量漏率R i, Lmax;② 将被检器件放入检测室中,对检测室抽真空至5 Pa以下;③ 检漏并记录检漏仪输出指示的漏率值,即R i。
由式(2)得到,R i, Lmax的计算公式为:
(3)
上述压氦法的流程和预充氦法的操作流程存在一个L H与L 0的关系问题。薛大同等人在上述文献中给出了各种V下t 2e = 30 min和60 min时的压氦法L~R e关系曲线示例图(如图3所示),以及不同t 2i/V下预充氦法L~R i关系曲线示例图(如图4所示)。从这两张图上可以清晰地看到,L H不一定大于L 0,为了保证L H不小于L 0,t 2e或t 2i必须足够短。
为了保证t 2i足够短,作为厂家工艺控制的手段,GB/T 2423.23-1995和“GJB 2438A-2002. 混合集成电路通用规范[S]”均规定应在密封封装后立即进行细检漏试验,GB/T 2423.23-1995还具体规定除特殊情况外测量应在封装后30 min内完成,而对于小样品只能在样品密封后立即进行。在此前提下,参照QJ 3212-2005和GJB/Z 221-2005,预充氦法的漏率判断流程是:如果R i ≤ R i, Lmax,进一步采用最小可检漏率小于L 0的粗检方法对被检器件进行检漏。如果粗检结果无漏,判被检器件合格。
但是,正如薛大同等人在上述文献中所指出的,作为预充氦密封器件用户的漏率检验手段,t 2i往往已很长,其中可能存在的L H会小于L 0,不能靠粗检法鉴别。
为此,GJB-Z 221-2005规定预充氦密封器件用户应改用压氦法复检加粗检作为主要检测手段,而将预充氦法检测降格为压氦法复检前的附属措施,即将压氦法复检前实施预充氦法操作步骤得到的R i作为压氦法复检时显示的测量漏率R i-e的本底:
(4)
其中,R e为压氦法复检扣除本底后的测量漏率。
参照QJ 3212-2005和GJB/Z 221-2005,压氦法复检子操作流程如图2所示。从图2可以看到压氦法复检子操作流程与压氦法操作流程的差别仅仅是检漏步骤中检漏仪输出值不是R e而是R i-e,因此需要由式(4)计算R e。
然而,GJB-Z 221-2005的上述规定发挥不出预充氦法的下述优点。
薛大同等人在上述文献中指出,对于压氦法,当p e = 4×105 Pa、t 1 = 40 min时,不论t 2e长短,V = 0.01 cm3的密闭器件可检的最小L为1.2×10-4 Pa×cm3/s;V = 100 cm3的密闭器件可检的最小L为1.2×10-2 Pa×cm3/s。而对于预充氦法,当被检器件p i = 1.01×105 Pa时,不论V大小、t 2i长短,可检的最小L为3.7×10-7 Pa×cm3/s。由此可见,预充氦法的优点是可检测的最小L比压氦法低好几个量级。
该文献针对预充氦法L L和L H均小于L 0的L判定问题,提出将t 2i延长Dt,再次检测R i,计算t 2i延长的倍数和R i减少的份额,以此判定大小漏孔。
这种方法存在的主要问题是,由于氦质谱细检漏的测量精度不高,且用户复检时,t 2i往往已很长,因此很可能需要Dt长达数月甚至逾年,两次检测的R i才有足够大的区分度。
此外,如果L和L max都比较接近L 0,且t 2i与V之比大于100 h/cm3,还可能受地球干洁大气中氦分压的影响,造成漏检。
本发明为了简化公式的表达,使用了泄漏时间常数(time constant of leakage)这一术语。此术语是GB/T 2423.23-1995首先提出的,薛大同等人在上述文献中改进了对此术语含意的表述,指出所谓泄漏时间常数就是处于真空环境中且内部充某种气体的密闭器件内部压力降至原压力的36.8 %(即1 / e)所需要的时间,或处于某种气体环境中且内部为真空的密闭器件内部压力升至63.2 %(即1 - 1 / e)环境压力所需要的时间,并给出泄漏时间常数t的计算公式为:
(5)
其中,M为密封器件内部所充气体或密封器件所处环境气体的摩尔质量。
文献“王庚林, 王莉研, 董立军. 氦质谱细检漏漏率公式与内部水汽含量研究[C]. 第十四届全国质谱分析和检漏会议、第九届全国真空计量测试会, 甘肃, 敦煌, 9月15日, 2007”考虑到氦质谱检漏所用气体为氦,提出了氦气泄漏时间常数t He的概念。可以将此概念进一步延伸到L达到L 0时对氦气的泄漏时间常数t He, 0,则由式(5)得到:
(6)
发明内容
本发明提供一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法,用于判断被检预充氦密封器件的漏率指标是否合格,即密封器件的等效标准漏率L是否小于任务允许的最大标准漏率L max,特别是用户收到该器件时,预充氦法候检时间t 2i往往已经很长,导致有可能存在的大漏孔不能靠粗检法鉴别的情况下,判断该器件漏率指标是否合格;
本发明的目的在于,克服现有密封器件质谱检漏预充氦法的缺陷,提供一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法,所要解决的技术问题是,可延长密封器件的候检时间,尽管会导致有可能存在的大漏孔不能靠粗检法鉴别,仍保持预充氦法的主导地位,而将压氦法复检加粗检作为预充氦法的附属措施,以便保持预充氦法的优点,即最小可检测等效标准漏率比压氦法低好几个量级。
本发明使用“背景技术”中已呈现的各参数,并定义以下参数:
1) 由式(2)表征的预充氦法R i~L关系曲线的极大值标记为R i, M;该曲线中R i, M所对应的L值为极大值点,标记为L i, M;R i, Lmax所对应的等效标准漏率分别称为L max, H和L max, L,其中L max, H > L i, M,L max, L < L i, M;
2) 由式(1)表征的压氦法复检R e~L关系曲线的极大值标记为R e, M;该曲线中R e, M所对应的L值为极大值点,标记为L e, M;R e, max所对应的等效标准漏率分别称为L max, H和L max, L,其中L max, H > L e, M,L max, L < L e, M;
3) 压氦法复检R e~L关系曲线中L i, M所对应的测量漏率称为R e_Li, M;该曲线中R e_Li, M所对应的等效标准漏率分别称为L i, M, H和L i, M, L,其中L i, M, H > L e, M,L i, M, L < L e, M;
4) 保证R e_Li, M ≥ R min的预充氦法最长候检时间t 2i, max;
5) L达到L 0时对氦气的泄漏时间常数t He, 0。
本发明还使用压氦法复检保证L max, H ≥ L 0的最长候检时间t 2e, max。
本发明将压氦法复检保证L i, M, H ≥ L 0的最长候检时间也称为t 2e, max。
本发明提出t 2i存在两个特征点t 2i, cp1和t 2i, cp2:
1) t 2i, cp1的定义是:当t 2i ≤ t 2i, cp1时L max, H ≥ L 0,而当t 2i > t 2i, cp1时L max, H < L 0,即t 2i, cp1用于区分是否可以靠粗检法鉴别大漏率,也就是说,采用传统的密封器件质谱检漏预充氦法时,必须t 2i ≤ t 2i, cp1;
2) t 2i, cp2的定义是:当t 2i ≤ t 2i, cp2时L max ≤ L i, M,而当t 2i > t 2i, cp2时L max > L i, M,即t 2i, cp2用于区分L max是否超过L i, M。
本发明的目的及要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
本发明所采用的技术方案途径是分析并穷举各种判断走向,一一采取相应的方法、制定相应的判据。
本发明所采用的技术方案特点是对作为预充氦法附属措施的压氦法复检加粗检赋予一项新的重要职能。
在本发明人设计的“预充氦法计算程序”软件配合下,对各种可能性运用相应的方法和判据的过程变得简单而不繁杂,还可以在漏率合格时给出被检器件的等效标准漏率值。
本发明所采用的技术方案具体描述如下:
一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法,由氦质谱细检漏装置完成,其特征是:计算预充氦法候检时间t 2i的两个特征点t 2i, cp1和t 2i, cp2,并判断t 2i ≤ t 2i, cp1、抑或t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、抑或t 2i > t 2i, cp2,作为第一级判断;
对该器件实施预充氦法检漏,获得预充氦法测量漏率R i,计算预充氦法的任务允许的最大标准漏率L max所对应的测量漏率R i, Lmax,并判断R i > R i, Lmax、抑或R i ≤ R i, Lmax,作为第二级判断;
在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2且R i ≤ R i, Lmax、抑或t 2i > t 2i, cp2的情况下,对该器件实施作为预充氦法附属措施的压氦法复检加粗检,在压氦法复检前,计算压氦法复检的最长候检时间t 2e, max,压氦法复检的候检时间t 2e不能超过t 2e, max;通过压氦法复检获得扣除本底后的测量漏率R e,计算R i与等效标准漏率L的关系曲线极大值点L i, M在R e~L关系曲线中所对应的测量漏率R e_Li, M,并判断R e > R e_Li, M抑或R e ≤ R e_Li, M,作为第三级判断;
在同时具备t 2i > t 2i, cp2、R i > R i, Lmax、R e > R e_Li, M三个条件的情况下,计算L max在R e~L关系曲线中所对应的测量漏率R e, max,并判断R e ≤ R e, max、抑或R e > R e, max,作为第四级判断;
氦质谱细检漏装置可显示的密封器件测量漏率有一个下限R min,为了保证R e_Li, M可测,必须R e_Li, M ≥ R min,为此t 2i有一个上限t 2i, max,这是实施第三级判断的附加条件;若不满足上述附加条件,即t 2i > t 2i, max,则在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2且R i ≤ R i, Lmax、抑或t 2i > t 2i, cp2的情况下,对该器件实施压氦法复检加粗检后,不执行第三级判断,计算R e, max,并判断R e ≤ R e, max、抑或R e > R e, max,作为代替第三级判断的支路,且此支路不会进入第四级判断;
下述情况下漏率合格:
a. 同时具备t 2i ≤ t 2i, cp1、R i ≤ R i, Lmax、粗检不漏三个条件;
b. 同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max、R e ≤ R e_Li, M、粗检不漏五个条件;
c. 同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i ≤ R i, Lmax、R e ≤ R e_Li, M、粗检不漏五个条件;
d. 同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax、R e ≤ R e_Li, M、粗检不漏五个条件;
e. 同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax、R e > R e_Li, M、R e ≤ R e, max、粗检不漏六个条件;
f. 同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max、R e ≤ R e, max、粗检不漏五个条件;
g. 同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i > t 2i, max、R e ≤ R e, max、粗检不漏四个条件;
其余情况漏率不合格。
在被检器件实施预充氦法检漏且R i ≤ R i, Lmax时,t 2i, cp1用于判断是否可以直接靠粗检法鉴别大漏率:当t 2i ≤ t 2i, cp1时可以,而当t 2i > t 2i, cp1时不可以;
依据该器件的t 2i、 L max以及内腔有效容积V,计算t 2i, cp1:
(7)
其中,p 0为标准大气压(p 0 = 1.013 25×105 Pa),L 0为密封器件氦质谱细检漏的等效标准漏率上限(本发明采用L 0 = 1.4 Pa×cm3/s),M A为空气的摩尔质量(M A = 2.896×10-2 kg/mol),M He为He的摩尔质量(M He = 4.003×10-3 kg/mol)。
在被检器件实施预充氦法检漏且t 2i > t 2i, cp1时,t 2i, cp2用于判断L max是否超过L i, M:当t 2i ≤ t 2i, cp2时不超过,而当t 2i > t 2i, cp2时超过;
依据该器件的L max, V,计算t 2i, cp2:
(8)
t 2i, cp2 ≥ t 2i, cp1。
在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i且R i ≤ R i, Lmax、抑或t 2i > t 2i, cp2的情况下,依据R min, 压氦期间压氦箱内氦气的绝对压力p e, 压氦时间 t 1, 压氦法复检的候检时间t 2e核算t 2i, max,t 2i, max是下式的隐函数:
(9)
在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i且R i ≤ R i, Lmax、抑或t 2i > t 2i, cp2的情况下,针对不同情况,给出了t 2e, max的不同表达式,用于在压氦法复检时限制t 2e不可太长,以便靠粗检法鉴别大漏率。
在同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max三个条件,抑或同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i ≤ R i, Lmax三个条件的情况下,依据该器件的t 2i, t 1、以及L达到L 0时对氦气的泄漏时间常数t He, 0,计算t 2e, max:
(10)
在同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax三个条件,抑或同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i > t 2i, max的情况下,依据该器件的t 2i, cp2, t 1, t He, 0计算t 2e, max:
(11)
在同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i ≤ t 2i, max的情况下,对被检器件压氦法复检加粗检赋予一项新的重要职能,即通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M;而不是传统职能,用于判断是否R e ≤ R e, max;
依据该器件的t 2i, V, p e, t 1, t 2e,计算R e_Li, M:
(12)
依据该器件的t 2i, cp2, V, p e, t 1, t 2e计算R e, max:
(13)
在同时具备t 2i, cp1 < t 2i < t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max三个条件的情况下,为判断是否R e ≤ R e_Li, M,不要求R e, max ≥ R min,只要求R e_Li, M ≥ R min,而R e_Li, M > R e, max。
在同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件的情况下,需二次利用压氦法复检加粗检结果,进一步判断是否R e ≤ R e, max,且判断本身与压氦法复检加粗检的传统职能相同。
同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i > t 2i, max的情况下,上述对压氦法复检加粗检赋予的新职能不适用,此时压氦法复检加粗检回归到传统职能,用于判断是否R e ≤ R e, max。
为实施以上所述本发明所采用的技术方案,具体包括以下步骤:
步骤Sl:计算t 2i, cp1和t 2i, cp2:
确定被检器件的L max, V, p i, t 2i;
计算t 2i, cp1和t 2i, cp2;
步骤S2:实施预充氦法检漏:
将被检器件放入检测室中;
用预抽泵对检测室抽真空至5 Pa以下;
记录检漏仪输出指示漏率值R i;
从检测室中取出被检器件。
步骤S3:当t 2i ≤ t 2i, cp1时执行步骤S31,当t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2时执行步骤S32,当t 2i > t 2i, cp2时执行步骤S33:
步骤S31(t 2i ≤ t 2i, cp1),此时L max, H ≥ L 0且L max ≤ L i, M;依式(3)计算R i, Lmax,当R i > R i, Lmax时,漏率不合格;而当R i ≤ R i, Lmax时,可以进一步采用最小可检漏率小于L 0的粗检方法对被检器件进行检漏,以肯定或排除L H的存在,相应判定漏率不合格或合格。
步骤S32(t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2),此时L max, H < L 0且L max ≤ L i, M;当R i > R i, Lmax时执行步骤S321,当R i ≤ R i, Lmax时执行步骤S322:
步骤S321(t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2且R i > R i, Lmax):漏率不合格。
步骤S322(t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2且R i ≤ R i, Lmax):
确定压氦法复检的p e, t 1;
依式(9)核算t 2i, max,当t 2i > t 2i, max时执行步骤S3221,当t 2i ≤ t 2i, max时执行步骤S3222:
步骤S3221(同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max三个条件),压氦法复检加粗检采用GJB-Z 221-2005规定的职能,用于判断是否R e ≤ R e, max:
压氦法保证L max, H ≥ L 0的最长候检时间:
依式(6)计算t He, 0,再依式(11)计算t 2e, max,当通过压氦法复检加粗检判断是否R e ≤ R e, max时,t 2e不能超过由式(11)表述的t 2e, max;
选定t 2e并确保t 2e ≤ t 2e,max,按传统流程进行压氦法复检,并依式(4)计算压氦法复检扣除本底后的测量漏率R e;
依式(13)计算R e, max,当R e ≤ R e, max.时执行步骤S32211,当R e > R e, max时执行步骤S32212:
步骤S32211(同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max、R e ≤ R e, max四个条件):若粗检不漏,漏率合格;否则漏率不合格。
步骤S32212(同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max、R e > R e, max四个条件):漏率不合格。
步骤S3222(同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max三个条件),采用赋予了新的重要职能的压氦法复检加粗检,即通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M;而不是GJB-Z 221-2005规定的职能,用于判断是否R e ≤ R e, max:
依式(10)计算t 2e, max,当通过压氦法复检加粗检判断是否R e ≤ R e_Li, M时,t 2e不能超过由式(10)表述的t 2e, max;
选定t 2e并确保t 2e ≤ t 2e,max,按传统流程进行压氦法复检,并依式(4)计算压氦法复检扣除本底后的测量漏率R e;
依式(12)计算R e_Li, M,为区分是否R e ≤ R e_Li, M,不要求R e, max ≥ R min,只要求R e_Li, M ≥ R min;由于在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2范围内,仅当t 2i = t 2i, cp2时,R e_Li, M = R e, max;t 2i每降低一个量级(但保持在10 h以上),R e_Li, M就升高两个量级,而R e, max不变;所以,在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2范围内,当R e, max受R min限制而不可测时,R e_Li, M很可能准确可测;因此,在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2范围内,通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M,而不是判断是否R e ≤ R e, max,还有变不可测为可测的好处;
当R e > R e_Li, M时执行步骤S32221,当R e ≤ R e_Li, M时执行步骤S32222:
步骤S32221(同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max 、R e > R e_Li, M四个条件):此时L > L i, M,漏率不合格。
步骤S32222(同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max 、R e ≤ R e_Li, M四个条件):若粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格;否则漏率不合格。
步骤S33(t 2i > t 2i, cp2),此时L max, H < L 0且L max > L i, M:
确定压氦法复检的p e, t 1;
依式(9)核算t 2i, max,当t 2i > t 2i, max时执行步骤S331,当t 2i ≤ t 2i, max时执行步骤S332:
步骤S331(t 2i > t 2i, cp2且t 2i > t 2i, max),压氦法复检加粗检采用GJB-Z 221-2005规定的职能,用于判断是否R e ≤ R e, max:
依式(11)计算t 2e, max;当通过压氦法复检加粗检判断是否R e ≤ R e, max时,t 2e不能超过由式(11)表述的t 2e, max;
选定t 2e并确保t 2e ≤ t 2e,max,按传统流程进行压氦法复检,并依式(4)计算压氦法复检扣除本底后的测量漏率R e;
依式(13)计算R e, max;
当R e ≤ R e, max.时执行步骤S3311,当R e > R e, max时执行步骤S3312:
步骤S3311(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i > t 2i, max、R e ≤ R e, max三个条件):若粗检不漏,漏率合格;否则漏率不合格。
步骤S3312(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i > t 2i, max、R e > R e, max三个条件):漏率不合格。
步骤S332(t 2i > t 2i, cp2且t 2i ≤ t 2i, max):当R i ≤ R i, Lmax时执行步骤S3321,当R i > R i, Lmax时执行步骤S3322:
步骤S3321(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i ≤ R i, Lmax三个条件),此时步骤S3222所述方法直接适用:采用赋予了新的重要职能的压氦法复检加粗检,即通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M;而不是GJB-Z 221-2005规定的职能,用于判断是否R e ≤ R e, max:
依式(10)计算t 2e, max,当通过压氦法复检加粗检判断是否R e ≤ R e_Li, M时,t 2e不能超过由式(10)表述的t 2e, max;
选定t 2e并确保t 2e ≤ t 2e,max,按传统流程进行压氦法复检,并依式(4)计算压氦法复检扣除本底后的测量漏率R e;
依式(12)计算R e_Li, M,当R e > R e_Li, M时执行步骤S33211,当R e ≤ R e_Li, M时执行步骤S33212:
步骤S33211(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i ≤ R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件):此时L > L i, M,漏率不合格。
步骤S33212(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i ≤ R i, Lmax 、R e ≤ R e_Li, M四个条件):若粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格;否则漏率不合格。
步骤S3322(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax三个条件),此时也需采用赋予了新的重要职能的压氦法复检加粗检,即通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M;而不是GJB-Z 221-2005规定的职能,用于判断是否R e ≤ R e, max:
在t 2i > t 2i, cp2的情况下,依式(11)得到的t 2e, max小于依式(10)得到的t 2e, max;由于步骤S33222还需要二次利用压氦法复检加粗检结果,进一步判断是否R e ≤ R e, max,所以,应回归到依式(11)计算t 2e, max;当通过压氦法复检加粗检判断是否R e ≤ R e, max时,t 2e不能超过由式(11)表述的t 2e, max;
选定t 2e并确保t 2e ≤ t 2e,max,按传统流程进行压氦法复检,并依式(4)计算压氦法复检扣除本底后的测量漏率R e;
依式(12)计算R e_Li, M;
当R e ≤ R e_Li, M时执行步骤S33221,当R e > R e_Li, M时执行步骤S33222:
步骤S33221(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e ≤ R e_Li, M四个条件):若粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格;否则漏率不合格。
步骤S33222(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件):此时L > L i, M,二次利用压氦法复检加粗检结果,进一步判断是否R e ≤ R e, max;
依式(13)计算R e, max,当R e ≤ R e, max.时执行步骤S33221,当R e > R e, max.时执行步骤S33222:
步骤S332221(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M、R e ≤ R e, max五个条件):若粗检不漏,漏率合格;否则漏率不合格。
步骤S332222(同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M、R e > R e, max五个条件):漏率不合格。
预充氦密封器件用户采用本发明复检预充氦密封器件时,首先要判定是否 t 2i > t 2i, cp1,是否t 2i > t 2i, cp2,然后分别情况,必要时需进一步用压氦法复检加粗检;不仅涉及的参数多、公式多,而且有的公式本身就很复杂,特别是由R e或R i求解L时,还遇到不可解析的逆运算;以上种种繁杂性,是事物本身客观规律的反映,只能面对,不能躲避;针对以上种种繁杂性,本发明人设计了“预充氦法计算程序”软件(拥有软件著作权),化繁杂为简单,完全解决了这一难题,不仅准确、快捷、直观、清晰,而且可以在漏率合格时给出被检器件的L值。
本发明适用于对V = 0.01cm3~300cm3的预充氦密封器件进行氦质谱细检漏,适用的L范围为(3.7×10-7~1.4) Pa·cm3/s;本发明所提供的一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法属于非接触性的无损检测范畴,不会对被检件造成任何损伤,完全符合国家关于无损检测的相关标准;本发明所采用技术方案的优点、特点及有益效果为:
1. 采用本发明提供的一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法,候检时间很容易从最短不足1 h延长到至少数十天,甚至数月、逾年;内腔有效容积越小,候检时间可延长的倍数越大,解决了用户复检时候检时间长,从面可能存在的大漏孔处于分子流状态,不能靠粗检鉴别的问题。尽管此时早已t 2i > t 2i, cp1,但在绝大多数情况下(除同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件,抑或同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i > t 2i, max这三种情况以外),仍能保持预充氦法的主导地位和最小可检等效标准漏率比压氦法低好几个量级(可小到10-7 Pa·cm3/s量级)的优点;这在国际上属于首创;
2. 本发明的特点是提出t 2i存在两个特征点t 2i, cp1和t 2i, cp2,分别用于区分是否可以靠粗检法鉴别大漏率和用于区分L max是否超过R i~L关系曲线极大值点,给出了t 2i, cp1和t 2i, cp2的表达式,并指出t 2i, cp2 ≥ t 2i, cp1;
3. 本发明的特点还在于区分t 2i ≤ t 2i, cp1、t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、t 2i > t 2i, cp2三种情况,分析并穷举各种可能,一一采取相应的方法和判据:
1) t 2i ≤ t 2i, cp1的情况下,采用传统的密封器件质谱检漏预充氦法;
2) 在同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i ≤ t 2i, max的情况下,对被检器件压氦法复检加粗检赋予一项新的重要职能,即通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M,从而相应判断漏率是否合格;而不是传统职能,用于判断是否R e ≤ R e, max;
3) 同样是R i > R i, Lmax,却有不同结果:对于t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2,漏率不合格;而对于t 2i > t 2i, cp2,漏率不一定不合格;
4) 同样是L > L i, M(表现为R e > R e_Li, M),却有不同结果:对于R i ≤ R i, Lmax,无论t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp还是t 2i > t 2i, cp2,均漏率不合格;而对于t 2i > t 2i, cp2且R i > R i, Lmax,漏率不一定不合格;
5) 同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件的情况下,作为辅助手段,二次利用压氦法复检加粗检结果,进一步判断是否R e ≤ R e, max,从而相应判断漏率是否合格;
6) 同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i > t 2i, max的情况下,上述对压氦法复检加粗检赋予的新职能不适用,此时压氦法复检加粗检回归到传统职能,用于判断是否R e ≤ R e, max。
4. 本发明的特点还在于指出压氦法复检加粗检用于判断是否R e ≤ R e, max,还是通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M,相应的t 2e, max是不同的,分别给出了两种情况下的t 2e, max表达式,并强调t 2e不能超过t 2e, max;
5. 本发明的有益效果还在于:同时具备t 2i, cp1 < t 2i < t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max三个条件的情况下,为判断是否R e ≤ R e_Li, M,不要求R e, max ≥ R min,只要求R e_Li, M ≥ R min,而R e_Li, M > R e, max,当R e, max受R min限制而不可测时,R e_Li, M很可能准确可测;因此,判断是否R e ≤ R e_Li, M而不是R e ≤ R e, max,有变不可测为可测的好处;
6 本发明的有益效果还在于:不需要更改密封器件氦质谱细检漏装置硬件,在本发明人设计的“预充氦法计算程序”软件配合下,容易掌握,具有很强的实用性;
7. 本发明的有益效果最终表现在:随着我国空间站的建设,导航卫星、中继卫星、通信卫星、气象卫星、深空探测器等长寿命航天器的应用,战略核武器的长期服役,以及航母、核潜艇等长期远洋巡航舰艇的发展,对军用密封器件的使用或贮存寿命的要求从数年提升至十来年甚至更长,相应对军用密封器件的漏率要求也越来越严;从密封器件氦质谱细检漏角度来说,这包括提高漏率指标和漏率检测精度、要求提供漏率合格产品的真实漏率、以及使用部门复检和长期贮存后复检等几个方面;本发明充分满足了预充氦密封器件在这方面的需求,有利于保证预充氦密封器件的长寿命、高可靠。
附图说明
图1为密封器件氦质谱细检漏装置原理图。
图2为压氦法操作流程或压氦法复检子操作流程图。
图3为由式(1)得到的压氦法L~R e关系曲线示例图。
图4为由式(2)得到的预充氦法L~R i关系曲线示例图。
图3和图4中横坐标左端为R min,但测量漏率下限还会受到密封器件压氦后对表面吸附的氦“净化”不彻底的限制。
图3和图4中曲线超过L 0的部分用虚线表示。
从图3和图4可以看到,同一个测量漏率所对应的可能是小漏孔,也可能是大漏孔。
将图4与图3比较,可以看到,预充氦法的优点是可检测的最小等效标准漏率比压氦法低好几个量级。
从图4可以看到,当候检时间很长时,其中可能存在的L H很可能仍在分子流范围,不能靠粗检法鉴别。
从图4可以看到,想用粗检法剔除L H,必须t 2i/V不大于10 h/cm3。也就是V = 0.01 cm3时候检时间顶多0.1 h,V = 1 cm3时候检时间顶多10 h,仅当V = 100 cm3时候检时间才可以达到1000 h。所以,如果候检时间超过以上时间,还想复验预充氦密封器件的漏率,必须解决双值中的L H仍在分子流范围时等效标准漏率的确定问题。
图5为本发明由式(7)和式(8)得到的t 2i, cp2 / t 2i, cp1~L 0 / L max关系曲线。
图6(a)、图6(b)为本发明由式(6)至式(9)得到的各种L max下的t He, 0 t 2i, cp1, t 2i, cp2, t 2i, max~V关系曲线。
图7为本发明由式(11)得到的压氦法用于判断是否R e ≤ R e, max时,各种V和不同t 1下的t 2e, max~L max关系曲线。
图8为本发明由式(10)得到的压氦法复检加粗检用于判断是否R e ≤ R e_Li, M时,各种V和不同t 1下的t 2e, max~t 2i关系曲线。
图9为本发明由式(12)得到的R e_Li, M~t 2i关系曲线。
图10是本发明“一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法”的简要流程图。
图11为本发明“一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法”的详细流程图,流程中“压氦法复检子流程”与压氦法流程相同,如图2所示。
从图11可以看到预充氦法本身的操作流程没有压氦步骤,因而仅包括净化、检漏等两个步骤。其中:
1. 净化:对于厂家将预充氦法作为工艺控制手段,需要在预充氦封装后立即进行细检漏试验来说,应采用与压氦法相同的净化步骤;而对于用户将预充氦法作为漏率复检手段来说,t 2i往往已很长,预充氦器件表面一般不会有氦气残留,净化工作主要是疏通可能堵塞的漏孔。
2. 检漏:从图11可以看到,尽管与检漏相关的计算与判断非常多,但压氦法检漏步骤中的②和③两点在预充氦法检漏步骤中是类似的。
图12为实施例1(步骤S31):t 2i ≤ t 2i, cp1的预充氦法L~R i关系曲线。
图13为实施例2(步骤S321):t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2且R i > R i, Lmax的预充氦法L~R i关系曲线。
图14为实施例3(步骤S32221):同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max 、R e > R e_Li, M四个条件的预充氦法L~R i关系曲线及压氦法复检L~R e关系曲线。
图15为实施例4(步骤S32222):同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max 、R e ≤ R e_Li, M四个条件的预充氦法L~R i关系曲线及压氦法复检L~R e关系曲线。
图16为实施例5(步骤S33211):同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i ≤ R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件的预充氦法L~R i关系曲线及压氦法复检L~R e关系曲线。
图17为实施例6(步骤S33212):同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i ≤ R i, Lmax 、R e ≤ R e_Li, M四个条件的预充氦法L~R i关系曲线及压氦法复检L~R e关系曲线。
图18为实施例7(步骤S33221):同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件的预充氦法L~R i关系曲线及压氦法复检L~R e关系曲线。
图19为实施例8(步骤S332221):同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M、R e ≤ R e, max五个条件的预充氦法L~R i关系曲线及压氦法复检L~R e关系曲线。
图20为实施例9(步骤S332222):同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M、R e > R e, max五个条件的预充氦法L~R i关系曲线及压氦法复检L~R e关系曲线。
图20中标出地球干洁大气中的氦分压p He, 0 = 0.57 Pa。
图20中预充氦法L~R i关系曲线呈现出随着L增大,R i不仅存在先增大后减小现象,而且存在减小到一定阶段后再次增大的现象,这是由于p He, 0起作用的结果。
图20中压氦法复检L~R e关系曲线也呈现出随着L增大,R e不仅存在先增大后减小现象,而且存在减小到一定阶段后再次增大的现象,这也是由于p He, 0起作用的结果。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明及本发明为达到其目的所采取的技术手段和功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法的具体实施方式、特征及其功效,详细描述如后。当然,这些描述只为示例本发明的不同方面的内容,而不应理解为限制本发明范围。
图5为本发明由式(7)和式(8)得到的t 2i, cp2 / t 2i, cp1~L 0 / L max关系曲线。从图5中可以看到当L max < L 0时t 2i, cp2 > t 2i, cp1。
图6(a)、图6(b)为本发明由式(6)至式(9)得到的各种L max下的t He, 0 t 2i, cp1, t 2i, cp2, t 2i, max~V关系曲线,图6(a)、图6(b)中标出了t 2i ≤ t 2i, cp1、t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、t 2i > t 2i, cp2三种情况对应的区域,从图6(a)、图6(b)可以看到:
1) V = 1×10-3 cm3下,当L max = 1.4×10-6 Pa×cm3/s时,t 2i, cp1 = 6 min 12 s;当L max = 1.4×10-5 Pa×cm3/s时,t 2i, cp1 = 5 min 10 s;当L max = 1.4×10-4 Pa×cm3/s时,t 2i, cp1 = 4 min 08 s;V每增大一个量级,t 2i, cp1相应增大一个量级;由于传统的密封器件质谱检漏预充氦法要求t 2i ≤ t 2i, cp1,所以即使对于制造商来说,也难以用传统的预充氦法检测V < 1×10-2 cm3的漏孔;而对于用户来说,甚至难以用传统的预充氦法复检V < 10 cm3的漏孔。
2) V = 1×10-3 cm3下,当L max = 1.4×10-6 Pa×cm3/s时,t 2i, cp2 = 311 d 10 h;当L max = 1.4×10-5 Pa×cm3/s时,t 2i, cp2 = 31 d 3 h;当L max = 1.4×10-4 Pa×cm3/s时,t 2i, cp2 = 3 d 2 h 45 min;V每增大一个量级,t 2i, cp1相应增大一个量级;由此可见,t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2的时间段非常长,本发明充分利用了这个时间段,在此时间段内,当R i ≤ R i, Lmax且t 2i ≤ t 2i, max的情况下,压氦法复检加粗检用于判断是否R e ≤ R e_Li, M而不是用于判断是否R e ≤ R e, max,显著延长了密封器件的候检时间;而且,在此时间段内,仅当t 2i = t 2i, cp2时,R e_Li, M = R e, max;t 2i每降低一个量级(但保持在10 h以上),R e_Li, M就升高两个量级,而R e, max不变;所以,在t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2范围内,当R e, max受R min限制而不可测时,R e_Li, M很可能准确可测;
3) 当p e = 8×105 Pa, t 1 = 8 h, t 2e = (0.5~8) h时,V = 1×10-3 cm3下t 2i, max = 55.46 d,且V每增大两个量级,t 2i, max相应增大一个量级,所以除非V特别小,不太会出现t 2i > t 2i, max的情况。
图7为本发明由式(11)得到的压氦法复检用于判断是否R e ≤ R e, max时,各种V和不同t 1下的t 2e, max~L max关系曲线,从图7可以看到:
1) t 1从20 min变到480 min,t 2e, max~L max关系曲线变化不大。
2) 对于相同的L max值,V加大多少量级,t 2e, max也大致加大同样量级;而对于相同的V,L max加大6个量级,t 2e, max仅减小1~1.5个量级。
3) V在10-2 cm3量级或更小,特别是L max在10-3 Pa×cm3/s量级或更大时,t 2e max有可能不足1 h;而V在0.1 cm3量级或更大,特别是L max在10-4 Pa×cm3/s量级或更小时,t 2e max有可能远大于1 h。所以,应依据图7合理选择t 2e,以便既避免漏检又做好器件表面的净化工作。
图8为本发明由式(10)得到的压氦法复检加粗检用于判断是否R e ≤ R e_Li, M时,各种V和不同t 1下的t 2e, max~t 2i关系曲线,从图8可以看到:
1) t 1从20 min变到480 min,t 2e, max~t 2i关系曲线变化不大;
2) t 2e, max~t 2i关系曲线为单调上升曲线,因此,在t 2i ≤ t 2i, cp2的情况下,依式(10)得到的t 2e, max小于依式(11)得到的t 2e, max;而在t 2i > t 2i, cp2的情况下,依式(11)得到的t 2e, max小于依式(10)得到的t 2e, max。
图9为本发明由式(12)得到的R e_Li, M~t 2i关系曲线。将图9与式(13)、式(12)结合可以看到,仅当t 2i = t 2i, cp2时,R e_Li, M = R e, max,t 2i每降低一个量级(但保持在10 h以上),R e_Li, M就升高两个量级,而R e, max不变。
图10和图11分别为本发明“一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法”的简要流程图和详细流程图,图10浓缩了图11所示流程的主要内容,但省略了t 2i是否大于t 2i, max的判断功能,且只保留了t 2i ≤ t 2i, max的情况。“发明内容”中所述的简要步骤或详细步骤分别在图10或图11中标出了相应的位置。结合图10、图11,可以看到:
1) 该方法区分三种情况:t 2i ≤ t 2i, cp1、t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、t 2i > t 2i, cp2 ;
2) 当t 2i ≤ t 2i, cp1时,采用的是传统的密封器件质谱检漏预充氦法;
3) 当同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i ≤ t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i ≤ t 2i, max时,都需要进一步采用本发明赋予了新的重要职能的压氦法复检加粗检,即通过判断是否R e ≤ R e_Li, M来判断是否L ≤ L i, M;而不是GJB-Z 221-2005规定的职能,用于判断是否R e ≤ R e, max;其中同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax 、R e > R e_Li, M四个条件的情况下,需二次利用压氦法复检加粗检结果,进一步判断是否R e ≤ R e, max:当R e ≤ R e, max,且粗检不漏,漏率合格;当R e > R e, max,漏率不合格;
4) (本条内容在图10中看不到)当同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max三个条件,抑或t 2i > t 2i, cp2且t 2i > t 2i, max的情况下,上述对压氦法复检加粗检赋予的新职能不适用,此时压氦法复检加粗检回归到传统职能,用于判断是否R e ≤ R e, max:当R e ≤ R e, max,且粗检不漏,漏率合格;当R e > R e, max,漏率不合格;
5) (本条内容在图10中看不到)当t 2i > t 2i, cp2且t 2i ≤ t 2i, max时,R i ≤ R i, Lmax或R i > R i, Lmax,相应的t 2e, max是不同的,并强调t 2e不能超过t 2e, max;
6) 无论对于t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2还是t 2i > t 2i, cp2,只要R i ≤ R i, Lmax且t 2i ≤ t 2i, max,采用的方法完全相同,即通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,而不是判断是否R e ≤ R e, max;且当R e ≤ R e_Li, M,且粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格;当R e > R e_Li, M,则L > L i, M,漏率不合格;
7) 对于t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2,当R i > R i, Lmax时,漏率不合格;而对于t 2i > t 2i, cp2且t 2i ≤ t 2i, max,则当R i > R i, Lmax时,漏率不一定不合格;
8) 同时具备t 2i > t 2i, cp2、t 2i ≤ t 2i, max、R i > R i, Lmax三个条件的情况下,当R e ≤ R e_Li, M,且粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格;然而,当R e > R e_Li, M时,虽然L > L i, M,漏率不一定不合格。
实施例1(见图12):图中已标出t 2i/V = 3 h/cm3或30 h/cm3, L max = 1×10-3 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa。由式(7)得到t 2i, cp1/V = 54.19 h/cm3,所以t 2i < t 2i, cp1,属于“发明内容”步骤S31。按该步骤的描述,应L max, H ≥ L 0,L max ≤ L i, M。且当R i > R i, Lmax时,漏率不合格;而当R i ≤ R i, Lmax时,可以进一步采用最小可检漏率小于L 0的粗检方法对被检器件进行检漏,以肯定或排除L H的存在,相应判定漏率不合格或合格。“发明内容”步骤S31中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例2(见图13):图中已标出t 2i/V = 100 h/cm3, L max = 1×10-2 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa。由式(7)得到t 2i, cp1/V = 37.20 h/cm3,由式(8)得到t 2i, cp2/V = 1046 h/cm3,所以t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2。从图中可以看到R i > R i, Lmax,因此属于“发明内容”步骤S321。按该步骤的描述,应L max, H < L 0,L max ≤ L i, M,且当R i > R i, Lmax时漏率不合格。从图中可以看到L > L max,所以漏率不合格。因此,“发明内容”步骤S321中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例3(见图14):图中已标出V = 1 cm3, L max = 1×10-2 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa, t 2i = 100 h;p e = 4×105 Pa, t 1 = 40 min, t 2e = 60 min。由式(7)得到t 2i, cp1 = 37.20 h,由式(8)得到t 2i, cp2 = 1046 h,所以t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2。由式(9)得到t 2i, max = 8605 h,所以t 2i < t 2i, max。从图中可以看到R i < R i, Lmax, R e > R e_Li, M,因此属于“发明内容”步骤S32221。按该步骤的描述,应通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,且t 2e不能超过由式(10)表述的t 2e, max。若R e > R e_Li, M,则L > L i, M,漏率不合格。而由式(6)和式(10)得到t 2e, max = 2494 min,所以符合t 2e不超过t 2e, max的要求。从图中可以看到L > L max,所以漏率不合格。因此,“发明内容”步骤S32221中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例4(见图15):图中已标出V = 1 cm3, L max = 1×10-2 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa, t 2i = 100 h;p e = 4×105 Pa, t 1 = 40 min, t 2e = 60 min。由式(7)得到t 2i, cp1 = 37.20 h/cm3,由式(8)得到t 2i, cp2 = 1046 h,所以t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2。由式(9)得到t 2i, max = 8605 h,所以t 2i < t 2i, max。从图中可以看到R i < R i, Lmax, R e < R e_Li, M,因此属于“发明内容”步骤S32222。按该步骤的描述,应通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,且t 2e不能超过由式(10)表述的t 2e, max。若R e ≤ R e_Li, M,且粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格。而由式(6)和式(10)得到t 2e, max = 2494 min,所以符合t 2e不超过t 2e, max的要求。从图中可以看到L < L max,所以漏率合格。因此,“发明内容”步骤S32222中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例5(见图16):图中已标出V = 1 cm3, L max = 6×10-3 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa, t 2i = 9000 h;p e = 8×105 Pa, t 1 = 480 min, t 2e = 60 min。由式(8)得到t 2i, cp2 = 1744 h,所以t 2i > t 2i, cp2。由式(9)得到t 2i, max = 4.216×104 h,所以t 2i < t 2i, max。从图中可以看到R i < R i, Lmax, R e > R e_Li, M,因此属于“发明内容”步骤S33211。按该步骤的描述,应通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,且t 2e不能超过由式(10)表述的t 2e, max。若R e > R e_Li, M,则L > L i, M,漏率不合格。而由式(6)和式(10)得到t 2e, max = 6149 min,所以符合t 2e不超过t 2e, max的要求。从图中可以看到L > L max,所以漏率不合格。因此,“发明内容”步骤S33211中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例6(见图17):图中已标出V = 1 cm3, L max = 6×10-3 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa, t 2i = 9000 h;p e = 8×105 Pa, t 1 = 480 min, t 2e = 60 min。由式(8)得到t 2i, cp2 = 1744 h,所以t 2i > t 2i, cp2。由式(9)得到t 2i, max = 4.216×104 h,所以t 2i < t 2i, max。从图中可以看到R i < R i, Lmax, R e < R e_Li, M,因此属于“发明内容”步骤S33212。按该步骤的描述,应通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,且t 2e不能超过由式(10)表述的t 2e, max。若R e ≤ R e_Li, M,且粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格。而由式(6)和式(10)得到t 2e, max = 6149 min,所以符合t 2e不超过t 2e, max的要求。从图中可以看到L < L max,所以漏率合格。因此,“发明内容”步骤S33212中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例7(见图18):图中已标出V = 1 cm3, L max = 1×10-2 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa, t 2i = 9000 h;p e = 8×105 Pa, t 1 = 480 min, t 2e = 60 min。由式(8)得到t 2i, cp2 = 1046 h,所以t 2i > t 2i, cp2。由式(9)得到t 2i, max = 4.216×104 h,所以t 2i < t 2i, max。从图中可以看到R i > R i, Lmax, R e < R e_Li, M,因此属于“发明内容”步骤S33221。按该步骤的描述,应通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,且t 2e不能超过由式(11)表述的t 2e, max。若R e ≤ R e_Li, M,且粗检不漏,则L ≤ L i, M,漏率合格。而由式(6)和式(11)得到t 2e, max = 4246 min,所以符合t 2e不超过t 2e, max的要求。从图中可以看到L < L max,所以漏率合格。因此,“发明内容”步骤S33221中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例8(见图19):图中已标出V = 1 cm3, L max = 1×10-2 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa, t 2i = 9000 h;p e = 8×105 Pa, t 1 = 480 min, t 2e = 60 min。由式(8)得到t 2i, cp2 = 1046 h,所以t 2i > t 2i, cp2。由式(9)得到t 2i, max = 4.216×104 h,所以t 2i < t 2i, max。从图中可以看到R i > R i, Lmax, R e > R e_Li, M, R e < R e, max,因此属于“发明内容”步骤S332221。按该步骤的描述,应通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,且t 2e不能超过由式(11)表述的t 2e, max。若R e > R e_Li, M,即同时具备t 2i > t 2i, cp2、R i > R i, Lmax、R e > R e_Li, M三个条件时,压氦法复检加粗检回归到GJB-Z 221-2005规定的职能,用于判断是否R e ≤ R e, max。若R e ≤ R e, max,且粗检不漏,漏率合格。而由式(6)和式(11)得到t 2e, max = 4246 min,所以符合t 2e不超过t 2e, max的要求。从图中可以看到L < L max,所以漏率合格。因此,“发明内容”步骤S332221中的陈述与图中看到的情况相同。
实施例9(见图20):图中已标出V = 1 cm3, L max = 1×10-2 Pa×cm3/s, p i = 1.01×105 Pa, t 2i = 9000 h;p e = 8×105 Pa, t 1 = 480 min, t 2e = 60 min。由式(8)得到t 2i, cp2 = 1046 h,所以t 2i > t 2i, cp2。由式(9)得到t 2i, max = 4.216×104 h,所以t 2i < t 2i, max。从图中可以看到R i > R i, Lmax, R e > R e_Li, M, R e > R e, max,因此属于“发明内容”步骤S332222。按该步骤的描述,应通过压氦法复检加粗检,判断是否R e ≤ R e_Li, M,由此判断是否L ≤ L i, M,且t 2e不能超过由式(11)表述的t 2e, max。若R e > R e_Li, M,即同时具备t 2i > t 2i, cp2、R i > R i, Lmax、R e > R e_Li, M三个条件时,二次利用压氦法复检加粗检结果,进一步判断是否R e ≤ R e, max。若R e > R e, max,漏率不合格。而由式(6)和式(11)得到t 2e, max = 4246 min,所以符合t 2e不超过t 2e, max的要求。从图中可以看到L > L max,所以漏率不合格。因此,“发明内容”步骤S332222中的陈述与图中看到的情况相同。
图11中标出了以上9个实施例在本发明“一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法”流程图中的位置。可以看到,以上9个实施例含盖了除步骤S3221(同时具备t 2i, cp1 < t 2i ≤ t 2i, cp2、R i ≤ R i, Lmax、t 2i > t 2i, max三个条件)和步骤S331(t 2i > t 2i, cp2且t 2i > t 2i, max)之外,该流程图中由各个判断引导的所有走向;之所以未给出步骤S3221和步骤S331的实施例,是由于:
1) 从图6(a)、图6(b)可以看到,除非V特别小,不太会出现t 2i > t 2i, max的情况;
2) 步骤S3221和步骤S331均采用GJB-Z 221-2005规定的压氦法复检加粗检职能,用于判断是否R e ≤ R e, max,这是传统的做法;虽然什么情况下需要实施步骤S3221或步骤S331是本发明的内容,但步骤S3221或步骤S331的具体做法并非本发明的内容。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而己,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明己以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明所采用的技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明所采用的技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明所采用技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种可延长密封器件候检时间的质谱检漏预充氦法,由氦质谱细检漏装置完成,其特征是:计算预充氦法候检时间t2i的两个特征点t2i,cp1和t2i,cp2,
依据该器件的t2i、预充氦法的任务允许的最大标准漏率Lmax以及内腔有效容积V,计算t2i,cp1:
依据该器件的Lmax,V,计算t2i,cp2:
其中,p0为标准大气压,L0为密封器件氦质谱细检漏的等效标准漏率上限,MA为空气的摩尔质量,MHe为He的摩尔质量,
并判断t2i≤t2i,cp1、抑或t2i,cp1<t2i≤t2i,cp2、抑或t2i>t2i,cp2,作为第一级判断;
对该器件实施预充氦法检漏,获得预充氦法测量漏率Ri,计算Lmax所对应的测量漏率Ri,Lmax,并判断Ri>Ri,Lmax、抑或Ri≤Ri,Lmax,作为第二级判断;
在t2i,cp1<t2i≤t2i,cp2且Ri≤Ri,Lmax、抑或t2i>t2i,cp2的情况下,对该器件实施作为预充氦法附属措施的压氦法复检加粗检,在压氦法复检前,计算压氦法复检的最长候检时间t2e,max,压氦法复检的候检时间t2e不能超过t2e,max;通过压氦法复检获得扣除本底后的测量漏率Re,计算Ri与等效标准漏率L的关系曲线极大值点Li,M在Re~L关系曲线中所对应的测量漏率Re_Li,M,并判断Re>Re_Li,M抑或Re≤Re_Li,M,作为第三级判断;
在同时具备t2i>t2i,cp2、Ri>Ri,Lmax、Re>Re_Li,M三个条件的情况下,计算Lmax在Re~L关系曲线中所对应的测量漏率Re,max,并判断Re≤Re,max、抑或Re>Re,max,作为第四级判断;
氦质谱细检漏装置可显示的密封器件测量漏率有一个下限Rmin,为了保证Re_Li,M可测,必须Re_Li,M≥Rmin,为此t2i有一个上限t2i,max,这是实施第三级判断的附加条件;若不满足上述附加条件,即t2i>t2i,max,则在t2i,cp1<t2i≤t2i,cp2且Ri≤Ri,Lmax、抑或t2i>t2i,cp2的情况下,对该器件实施压氦法复检加粗检后,不执行第三级判断,计算Re,max,并判断Re≤Re,max、抑或Re>Re,max,作为代替第三级判断的支路,且此支路不会进入第四级判断;
下述情况下漏率合格:
a.同时具备t2i≤t2i,cp1、Ri≤Ri,Lmax、粗检不漏三个条件;
b.同时具备t2i,cp1<t2i≤t2i,cp2、Ri≤Ri,Lmax、t2i≤t2i,max、Re≤Re_Li,M、粗检不漏五个条件;
c.同时具备t2i>t2i,cp2、t2i≤t2i,max、Ri≤Ri,Lmax、Re≤Re_Li,M、粗检不漏五个条件;
d.同时具备t2i>t2i,cp2、t2i≤t2i,max、Ri>Ri,Lmax、Re≤Re_Li,M、粗检不漏五个条件;
e.同时具备t2i>t2i,cp2、t2i≤t2i,max、Ri>Ri,Lmax、Re>Re_Li,M、Re≤Re,max、粗检不漏六个条件;
f.同时具备t2i,cp1<t2i≤t2i,cp2、Ri≤Ri,Lmax、t2i>t2i,max、Re≤Re,max、粗检不漏五个条件;
g.同时具备t2i>t2i,cp2、t2i>t2i,max、Re≤Re,max、粗检不漏四个条件;
其余情况漏率不合格。
2.根据权利要求1所述的质谱检漏预充氦法,其特征在于:在被检器件实施预充氦法检漏且Ri≤Ri,Lmax时,t2i,cp1用于判断是否可以直接靠粗检法鉴别大漏率:当t2i≤t2i,cp1时可以,而当t2i>t2i,cp1时不可以。
3.根据权利要求1所述的质谱检漏预充氦法,其特征在于:在被检器件实施预充氦法检漏且t2i>t2i,cp1时,t2i,cp2用于判断Lmax是否超过Li,M:当t2i≤t2i,cp2时不超过,而当t2i>t2i, cp2时超过。
4.根据权利要求1所述的质谱检漏预充氦法,其特征在于:在t2i,cp1<t2i≤t2i且Ri≤Ri, Lmax、抑或t2i>t2i,cp2的情况下,依据Rmin、压氦期间压氦箱内氦气的绝对压力pe、压氦时间t1、压氦法复检的候检时间t2e核算t2i,max,t2i,max是下式的隐函数:
5.根据权利要求1所述的质谱检漏预充氦法,其特征在于:在同时具备t2i,cp1<t2i≤t2i, cp2、Ri≤Ri,Lmax、t2i≤t2i,max三个条件,抑或同时具备t2i>t2i,cp2、t2i≤t2i,max、Ri≤Ri,Lmax三个条件的情况下,依据该器件的t2i,t1、以及L达到L0时对氦气的泄漏时间常数τHe,0,计算t2e,max:
在同时具备t2i>t2i,cp2、t2i≤t2i,max、Ri>Ri,Lmax三个条件,抑或同时具备t2i,cp1<t2i≤t2i, cp2、Ri≤Ri,Lmax、t2i>t2i,max三个条件,抑或t2i>t2i,cp2且t2i>t2i,max的情况下,依据该器件的t2i,cp2,t1,τHe,0计算t2e,max:
6.根据权利要求1所述的质谱检漏预充氦法,其特征在于:在同时具备t2i,cp1<t2i≤t2i、Ri≤Ri,Lmax、t2i≤t2i,max三个条件,抑或t2i>t2i,cp2且t2i≤t2i,max的情况下,对被检器件压氦法复检加粗检赋予一项新的重要职能,即通过判断是否Re≤Re_Li,M来判断是否L≤Li,M;而不是传统职能,用于判断是否Re≤Re,max;
依据该器件的t2i,V,pe,t1,t2e,计算Re_Li,M:
依据该器件的t2i,cp2,V,pe,t1,t2e计算Re,max:
在同时具备t2i,cp1<t2i<t2i,cp2、Ri≤Ri,Lmax、t2i≤t2i,max三个条件的情况下,为判断是否Re≤Re_Li,M,不要求Re,max≥Rmin,只要求Re_Li,M≥Rmin,而Re_Li,M>Re,max。
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