CN103542988B - 以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，属于气密式密封元器件密封性检测领域，为解决现有可用检测技术仪器不能满足高精度检测要求的问题而设计。本发明以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，采用该方法的氦气含量法或氩气含量法对密封元器件进行内部气体质谱分析，判定被检测密封元器件的密封性是否合格。该方法包括步骤：1.判断采用氦气含量法或氩气含量法；2.设计；3.压氦或压氩；4.粗漏检测；5.内部气体质谱分析。本发明提高了密封性细漏检测的灵敏度和准确性，并避免粗漏大漏的漏检和细漏的错判，适用于鉴定检验、周期检验和认证检测等破坏性的检测。

Description

以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法

技术领域

本发明涉及一种密封元器件密封性检测方法，尤其涉及一种以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法。

背景技术

密封元器件的密封严密等级τ_Hemin是一项重要的指标，这个指标有助于保证密封元器件在特定的环境中，经一定时间的贮存后内部水汽不超过5000ppm。当长时间贮存后密封元器件的内部水汽含量大于5000ppm时，则无法保证元器件的可靠性，进而影响装置、设备整体的性能和稳定性。

现在有许多的密封性检测方法，以这些方法为标准给出测量漏率判据，再根据这些漏率判据检测出合格产品。这些方法存在的相同问题是灵敏度和准确性不够，经检测合格的产品依然有可能不能满足长期可靠贮存和使用的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有更高灵敏度和准确性的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，所述方法采用氦气含量法或氩气含量法对密封元器件进行内部气体质谱分析，判断被检测密封元器件的密封性是否合格。

特别是，所述方法包括下述步骤：

步骤1选择：对严密等级值高于可用氦质谱检漏仪可检测的严密等级值且允许破坏性试验的密封元器件被检件，根据所述被检件的预充气体选择采用氦气含量法或氩气含量法；

步骤2设计：根据被检件的严密等级τ_Hemin、检漏历史数据和步骤1中所选的氦气含量法或氩气含量法，设计计算内部气体分析的判据，设计确定压氦或压氩的压力，设计计算压氦或压氩时间，设计计算内部气体分析前的最长候检时间，确定被检件在内部气体分析前是否需要进行粗漏检测；

步骤3压氦或压氩：将被检件放入压气箱中，抽真空，然后按步骤2所设计的压力将氦气或氩气充入压气箱，并在设计的压氦或压氩时间内保压；当所述被检件在内部气体分析前不需要进行粗检漏时，转至步骤5；

步骤4粗漏检测：当所述被检件在内部气体分析前需要进行粗漏检测时，在最长候检时间之内，进行最小可检漏率L₀=1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测；

步骤5内部气体质谱分析：采用氦气含量法时，在压氦后的最长候检时间之内，在常温下进行内部气体分析；采用氩气含量法时，当P_Armax/P₀≤7470ppm时，在t_0a或t_Ar1时间进行内部气体分析；当P_Armax/P₀≥11200ppm时，在压氩后的最长候检时间之内进行内部气体分析；依据内部气体分析的氦气或氩气含量判定被检件密封性是否合格。

进一步，在步骤1中，当被检件密封时所预充气体中不含氦气时，选择本方法的氦气含量法；当被检件密封时所预充气体中不含氩气时，选择本方法的氩气含量法。

进一步，在步骤2中，设计内部气体质谱分析时内部氦气或氩气含量判据：

当采用氦气含量法时，忽略空气中的氦气含量P_He0=0.533Pa，预充气体总气压为1.00P₀～1.05P₀的被检件，其中P₀为标准大气压，P₀=1.013×10⁵Pa，经n次压氦进行内部气体分析时，其中n≥1，被检件内部氦气分气压P_He为：

公式1： $P_{\mathrm{He}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{E.i}[1-\exp (-\frac{y_{1,i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]\exp (-\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})$

其中，P_E.i和t_1.i为i次压氦的压力（Pa）和时间（s）；τ_He为被检件的氦气交换时间常数；t_ia为i次压氦结束至内部气体分析的时间；P_E.i、t_1.i和t_ia均源自检漏历史数据；

密封性检测基本判据为严密等级τ_Hemin，可接收被检件的最大内部氦气含量判据P_Hemax为：

公式2： $P_{\mathrm{He}\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{E.i}[1-\exp (-\frac{t_{1,i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]\exp (-\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})$

同时P_Hemax应满足：

公式3：P_Hemax/P₀≥200ppm

当采用氩气含量法时，预充气体总气压为1.00P₀～1.05P₀的被检件，密封后经在空气中存放、n次压氦和一次压氩进行内部气体分析时，其中n≥0，被检件内部氩气分气压P_Ar为：

公式4：

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Ar}}=P_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{0a}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{1.i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})\\ +(P_{\mathrm{ArE}}-P_{\mathrm{Ar}0})[1-\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{At}1}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{Arla}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})\end{array}$

其中，P_Ar0为空气中氩气含量，P_Ar0=946Pa，P_Ar0/P₀=9340ppm；t_0a为密封结束至内部气体分析的时间，源自检漏历史数据；P_ArE和t_Ar1为压氩的压力和时间；t_Ar1a为压氩结束至内部气体分析的时间；

基本判据为τ_Hemin，可接收被检件的最大内部氩气含量判据P_Armax为：

公式5： $P_{\mathrm{Aramx}}=P_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{0a}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]-\underset{i-1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{1.i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]\×$

$\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})+(P_{\mathrm{ArE}}-P_{\mathrm{Ar}0})[1-\exp (-0.136\frac{t_{\mathrm{Arl}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{Arla}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})$

同时P_Armax应满足：

公式6：P_Armax/P₀≥200ppm。

进一步，设计计算压氦或压氩的压力和时间：

当采用氦气含量法时，若一次压氦后进行内部气体分析，压氦的压力为P_E.1压氦的时间t_1.1，应保证依据公式2计算的P_Hemax能满足公式3的要求；若n次压氦后进行内部气体分析，其中n≥2，n次压氦的压力为P_E.n，压氦的时间t_1.n为：

公式7：

除非t_1.n-1长于20h，除非n多得或者在（n-1）次压氦之前有t_1.i长得足以使由公式7计算得到的t_1.n.min大于t_1.n-1，可取P_E.n=P_E.n-1、t_1.n=t_1.n-1；

当采用氩气含量法时，当从密封结束至内部气体分析的时间t_0a＜0.0685τ_Hemin且P_Armax/P₀＜200ppm时，需进行压氩，压氩的压力为P_ArE，压氩的时间t_Ar1应保证依据公式5计算的P_Armax能满足公式6的要求；当t_0a≥0.0685τ_Hemin，且t_0a≤5.09τ_Hemin和P_Armax/P₀≤7470ppm时，不需要压氩；当t_0a＞5.09τ_Hemin时，需进行压氩，压氩的压力为P_ArE，压氩的时间t_Ar1应保证依据公式5计算的P_Armax能满足P_Armax/P₀≥11200ppm。

进一步，设计计算压氦或压氩结束至内部气体分析的最长候检时间：

当采用氦气含量法时，若密封后一次压氦进行内部气体分析，压氦结束至内部气体分析的最长候检时间t_1a.max为：

公式8： $t_{1a.\max }=\frac{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}0}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}0}}1n\left[\frac{1-\exp (-\frac{t_{1.1}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}0}})}{1-\exp (-\frac{t_{1.1}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})}\right]$

其中，τ_He0为粗漏检测的氦气时间常数：

公式9：

其中，V为被检件内腔净容积；L₀为粗漏检测最小可检漏率，取L₀=1.0Pa·cm³/s；M_He为氦气摩尔质量，M_He=4.003g/mol；M_A为空气平均摩尔质量，M_A=28.96g/mol；

当采用氦气含量法时，若密封后n次压氦进行内部气体分析，其中n≥2，n次压氦结束至内部气体分析的最长候检时间t_na.max可通过对公式1的拟合计算得出：能使τ_He=τ_He0被检件的P_He.0等于τ_He=τ_Hemin被检件的P_He.m的t_na，即为t_na.max；

当采用氩气含量法时，氩气含量判据P_Armax/P₀≤7470ppm的被检件，不必压氩时在t_0a时间进行内部气体分析；一次压氩时，取t_Ar1a=0，在压氩t_Ar1时间结束立即进行内部气体分析；氩气含量判据P_Armax/P₀≥11200ppm的被检件，压氩结束至内部气体分析的最长候检时间t_Ar1a.max可通过对公式4的拟合计算得出：能使τ_He=τ_He0被检件的P_Ar.0等于τ_He=τ_Hemin被检件的P_Ar.m的t_Ar1a，即为t_Ar1a.max。

进一步，确定被检件在内部气体分析前是否需进行粗漏检测:

所有采用氦气含量法的被检件，在最长候检时间t_1a.max或t_na.max之内，在内部气体分析前，均需进行L₀=1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测；

采用氩气含量法的被检件，当P_Armax/P₀≤7470ppm时，不需进行粗漏检测；当P_Armax/P₀≥11200ppm时，在最长候检时间t_Ar1a.max之内，在内部气体分析前，需进行L₀=1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测。

进一步，在步骤3中，对采用氦气含量法被检件的n次压氦，其中n≥1，将被检件放入压气箱中，抽真空至10Pa以下，然后按步骤2设计确定的压氦压力P_E.n将氦气充入压气箱，并在时间t_1.n内保压；对采用氩气含量法被检件，按步骤2设计，若需要压氩，将被检件放入压气箱中，抽真空至10Pa以下，然后按步骤2设计确定的压氩压力P_ArE将氩气充入压气箱，并在时间t_Ar1内保压。

进一步，在步骤4中，对步骤2确定需要进行粗漏检测的被检件，采用氦气含量法时，粗漏检测可采用氟碳化合物气泡法；当P_Hemax/τ_Hemin≤1.42×10^-5Pa·cm³/s时，可使用积累氦质谱粗漏细漏组合检漏仪进行粗漏检测，取粗漏拒收氦气测量漏率判据R_0max=1.42×10^-5Pa·cm³/s；可使用光干涉粗漏细漏组合检漏仪，进行L₀=1.0Pa·cm³/s的粗漏检测；采用氩气含量法时，粗漏检测可用氟碳化合物气泡法；也可采用光干涉组合检漏仪进行L₀=1.0Pa·cm³/s的粗漏检测；若粗漏检测未通过，判定被检件密封性不合格；粗漏检测通过，继续步骤5的检测。

进一步，在步骤5中，在步骤2设计给出的内部气体分析时间或最长候检时间之内，被检件不必经过预焙烘，在常温下进行内部气体质谱分析；所用内部气体质谱分析仪应能检出含量10ppm及以上的氦气或氩气，当含量达200ppm及以上时，偏差不超过±10%；采用氦气含量法时，最长候检时间为步骤2设计给出的t_1a.max或t_na.max；采用氩气含量法时，当P_Armax/P₀≤7470ppm时质谱分析时间为步骤2中的t_1a或t_Ar1，当P_Armax/P₀≥11200ppm时最长候检时间为t_Ar1a.max；

采用氦气含量法时，内部气体质谱分析的内部氦气含量P_He/P₀不大于步骤2设计给出的判据P_Hemax/P₀，判定被检件密封性合格；P_He/P₀大于P_Hemax/P₀，判定密封性不合格；采用氩气含量法时，内部气体质谱分析的内部氩气含量P_Ar/P₀不大于步骤2设计给出的判据P_Armax/P₀，判定被检件密封性合格；P_Ar/P₀大于P_Armax/P₀，判定密封性不合格；

密封性τ_Hemin合格被检件，其最大等效标准漏率L_max为：

公式10：

从而，实现了元器件密封性严密等级τ_Hemin的判定性检测。

尤其是，所述方法还包括步骤6给出定量检测结果：对已判定严密等级τ_Hemin合格的被检件，当需要进一步给出氦气交换时间常数τ_He和等效标准漏率L的定量检测数值时，通过对内部气体质谱分析的条件和P_He或P_Ar数值的计算，给出定量检测结果；

对氦气含量法，依据内部气体分析的相关条件和步骤5中读取的P_He值，若P_He=P_Hemax时，τ_He=τ_Hemin；若P_He＜P_Hemin时，按公式1进行拟合计算所得大于τ_Hemin的τ_He，即为具有一定检测偏差的τ_He定量检测结果；对氩气含量法，依据内部气体分析的相关条件和步骤5中读取的P_Ar值，若P_Ar=P_Armax时，τ_He=τ_Hemin；若P_Ar＜P_Arnax时，按公式4进行拟合计算，所得大于τ_Hemin的τ_He，即为具有一定检测偏差的τ_He定量检测结果；

对氦气含量法，当时，可简便得出：

公式11：

对氩气含量法，当 且 或t_ia≥3t_1.i时，可简便得出：

公式12：

已知τ_He，则L为：

公式13：

从而，给出了元器件密封性τ_He和L的定量检测结果。

本发明以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法根据被检件的预充气体判断采用氦气含量法或氩气含量法，提高了密封性细漏检测的灵敏度和准确性，避免粗漏大漏的漏检和细漏的错判，适用于鉴定检验、周期检验和认证检测等破坏性的检测。

附图说明

图1是本发明以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法的流程示意图；

图2是内部氦气含量与氦气交换时间常数的关系示意图；

图3是内部氩气含量与氦气交换时间常数的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本申请文件中，等效标准漏率L为将空气假设为单一分子，按分子流模型，在漏孔入口处空气压力为标准大气压P₀，即101.3kPa，出口处压力低于1kPa，温度为25℃±5℃、露点低于-25℃的空气通过漏孔的流量。这是虚拟的等效量，也称为空气标准漏率。

细检漏为对等效标准漏率L不大于1.0Pa·cm³/s密封件进行的密封性检测。粗检漏为对等效标准漏率L不小于1.0Pa·cm³/s密封件进行的密封性检测。粗检漏最小可检漏率L₀为保证可检出的最小等效标准漏率。

氦气交换时间常数τHe为对处于氦气环境中且内部为真空的密封件，内部氦气压力达到（1-1/e），即63.2%环境氦气压力所需要的时间：

其中，V为密封件的内腔净容积；M_He为氦气摩尔质量，M_He=4.003g/mol；M_A为空气平均摩尔质量，M_A=28.96g/mol。

粗漏检测氦气时间常数τ_He0为对应粗检漏最小可检漏率L₀的氦气交换时间常数：

严密等级τ_Hemin为合格被检件允许的最小氦气交换时间常数。

氦气含量法是对预充气体中不含氦气的被检件，压氦后进行质谱分析，以内部气体中的氦气含量检测密封性的方法。氩气含量法是对预充气体中不含氩气的被检件，经在空气中存放和压氩后进行质谱分析，以内部气体中氩气含量检测密封性的方法。

优选实施例一：

本优选实施例提供一种使用氦气含量法的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1选择：当检测要求的基本判据τ_Hemin高于可采用的普通氦质谱检漏仪、积累氦质谱粗漏细漏组合检漏仪等仪器所能检测的τ_Hemin，并且允许进行破坏性检测时，如果被检件密封时所预充气体中不含氦气，选择本方法中的氦气含量法。预充气体中含有氦气的被检件，对高灵敏内部气体质谱分析密封性检测所要求的压氦时间很长，不宜采用这种方法。

步骤2设计：依据被检件的基本判据τ_Hemin、预充气体的成份、检漏历史数据和步骤1选择的方法，设计计算氦气含量法内部气体分析的氦气含量判据，设计确定压氦的压力，设计计算压氦的时间，设计计算气体分析前的最长候检时间，确定被检件在内部气体分析前是否需进行粗漏检测。

忽略空气中的氦气含量P_He0=0.533Pa，密封时预充气体中不含氦气、预充气体总气压为1.00P₀～1.05P₀，其中P₀为标准大气压，P₀=1.013×10⁵Pa，且存放空气中氦气分气压正常的被检件，经n（n≥1）次压氦进行内部气体分析时，被检件内部氦气分气压P_He为：

公式1： $P_{\mathrm{He}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{E.i}[1-\exp (-\frac{y_{1,i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]\exp (-\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})$

其中，P_E.i和t_1.i为i次压氦的压力（Pa）和时间（s），t_ia为结束i次压氦至内部气体分析的时间，P_E.i、t_1.i和t_ia均源自检漏历史数据；τ_He为被检件的氦气交换时间常数。

如图2所示，被检件经一次或二次压氦后，依据公式1得到内部气体分析时氦气含量P_He/P₀～τ_He的典型关系曲线。其中，t_1.2min由公式7求得。图2中，对应各曲线序号的条件如下表：

序号	t1a(d)	t1a.max(d)	t12(d)	PE.2/P0	t1.2min(h)	t1.2(h)	t2a.max(d)	PHemax/P0(ppm)
									1	0.1	3.48	——	——	——	——	——	8.33E2
2	3.48	3.48	——	——	——	——	——	8.32E2
									3	——	——	100	4	1.5	1.5	2.78	9.17E2
4	——	——	100	4	1.5	10	3.19	1.62E3
									5	——	——	4000	4	1.5	1.5	3.36	2.37E2
6	——	——	4000	4	1.5	10	3.43	9.45E2

上表中，t₁₂为一次压氦结束至二次压氦结束的时间间隔，此时t_1a=t₁₂+t_2a。

在公式1中，当τ_He=τ_Hemin时，P_He即为内部气体分析时的氦气含量最大合格判据：

公式2： $P_{\mathrm{He}\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{E.i}[1-\exp (-\frac{t_{1,i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]\exp (-\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})$

同时，P_Hemax应满足公式：

公式3：P_Hemax/P₀≥200ppm

设计确定压氦的压力P_E.i，压氦的压力P_E.i应能为被检件所承受，不应大于8P₀，且一般不小于2P₀；但内腔容积≥1cm³时，对薄上盖密封件可不小于P₀。

若一次压氦后进行内部气体分析，设计压氦的时间t_1.1应保证依据公式2计算的P_Hemax能满足公式3的要求。

设计n（n≥2）次压氦后进行内部气体分析的n次压氦时间t_1.n，如图2所示，使P_He/P₀～τ_He曲线在τ_Hemin处递减。为此，t_1.n通过以下公式得到：

公式7 $t_{1.n}\≥\frac{0.15}{P_{E.n}}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{E.i}{t}_{1.i}$

除非t_1.n-1长于20h，除非n多得或者在（n-1）次压氦之前有t_1.i长得足以使由公式7计算得到的t_1.n.min大于t_1.n-1，一般可取P_E.n=P_E.n-1、t_1.n=t_1.n-1。且t_1.n还应使P_Hemin满足公式3的规定。

若密封后一次压氦进行内部气体分析，压氦结束至内部气体分析的最长候检时间t_1a.max为：

公式8： $t_{1a.\max }=\frac{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}0}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}0}}1n\left[\frac{1-\exp (-\frac{t_{1.1}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}0}})}{1-\exp (-\frac{t_{1.1}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})}\right]$

其中，τ_He0为对应L₀=1.0Pa·cm³/s的粗漏检测氦气时间常数：

公式9： ${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}0}=\frac{{\mathrm{VP}}_0}{L_{\mathrm{He}0}}=\frac{{\mathrm{VP}}_0}{L_0}\sqrt{\frac{M_{\mathrm{He}}}{M_A}}$

其中，V为密封件的内腔（净）容积，单位为cm³；L₀为粗漏检测最小可检漏率，取L₀=1.0Pa·cm³/s；MHe为氦气摩尔质量，M_He=4.003g/mol；M_A为空气平均摩尔质量，M_A=28.96g/mol。

若n（n≥2）次压氦后进行内部气体分析，n次压氦结束至内部气体分析的最长候检时间t_na.max，可通过对公式1的拟合计算得出：能使τ_He=τ_He0被检件的P_He.0等于τ_He=τ_Hemin被检件的P_He.m的t_na，即为t_na.max。

所有采用氦气含量法的被检件，在最长候检时间t_1a.max或t_na.max之内，在内部气体分析前均需进行L₀=1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测。

步骤3压氦：对被检件n（n≥1）次压氦，将被检件放入压气箱中，抽真空至10Pa以下，然后按步骤2设计确定的压力P_E.n，将氦气充入压气箱，并在时间t_1.n内保压。记录保存每次压氦的压力P_E.i、时间t_1.i和压氦结束的时间，作为检漏历史数据。

步骤4粗漏检测：粗漏检测可采用氟碳化合物气泡法；当P_Hemax/τ_Hemin≤1.42×10^{- 5}Pa·cm³/s，且有适用的积累氦质谱粗漏细漏组合检漏仪可用时，也可用这种仪器进行粗漏检测，取粗漏拒收氦气测量漏率判据R_0max=1.42×10^-5Pa·cm³/s；当有适用的光干涉粗漏细漏组合检漏仪可用时，也可采用这种仪器进行L₀=1.0Pa·cm³/s的粗漏检测。

步骤5内部气体质谱分析：通过步骤4粗漏检测的被检件不必经过预焙烘，在常温下进行内部气体质谱分析。所用内部气体质谱分析仪应能检出含量10ppm及以上的氦气，当含量达200ppm及以上时，偏差不超过±10%。内部气体质谱分析的氦气含量P_He不大于判据P_Hemax则判定被检件密封性合格；P_He大于P_Hemax则判定密封性不合格。

密封性τ_Hemin合格的被检件，其最大等效标准漏率L_max为：

公式10： $L_{\max }=\frac{{\mathrm{VP}}_0}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }}\sqrt{\frac{M_{\mathrm{He}}}{M_A}}$

步骤6给出定量检测结果：对已判定严密等级τ_Hemin合格的被检件，当需要进一步给出被检件氦气交换时间常数τ_He或等效标准漏率L的定量检测数值时，依据内部气体分析的相关条件和步骤5中读取的P_He数值，若P_He=P_Hemax时，τ_He=τ_Hemin；若P_He＜P_Hemax时，按公式1进行拟合计算，所得大于τ_Hemin的τ_He，即为具有一定检测偏差的密封性定量检测结果。

当且时，τ_He可由下式简便得出：

公式11： ${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }\frac{P_{\mathrm{He}\max }}{P_{\mathrm{He}}}$

已知τ_He，则L为：

公式13： $L=\frac{{\mathrm{VP}}_0}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}}\sqrt{\frac{M_{\mathrm{He}}}{M_A}}$

从而，给出了元器件密封性τ_He和L的定量检测结果。

优选实施例二：

本优选实施例提供一种使用氩气含量法的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法。

步骤1选择：当检测要求的基本判据τ_Hemin高于可采用的普通氦质谱检漏仪、积累氦质谱粗漏细漏组合检漏仪等仪器所能检测的τ_Hemin，并且允许进行破坏性检测时，如果被检件密封时所预充气体中不含氩气，选择本方法中的氩气含量法。预充气体中含有氩气的被检件，对高灵敏内部气体质谱分析密封性检测所要求的压氩时间很长，不宜采用这种方法。

步骤2设计：依据被检件的基本判据τ_Hemin、预充气体的成份、检漏的历史和步骤1选择的方法，设计计算氩气含量法内部气体质谱分析的氩气含量判据，设计计算压氩的时间，设计计算内部气体分析前的最长候检时间，确定内部气体分析前是否需进行L₀=1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测。

密封时预充气体中不含氩气、预充气体总气压为1.00P₀～1.05P₀、且存放空气中氩气分气压正常的被检件，经在空气中存放、n（n≥0）次压氦和一次压氩进行内部气体分析时，被检件内部氩气分气压P_Ar为：

公式4：

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Ar}}=P_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{0a}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{1.i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})\\ +(P_{\mathrm{ArE}}-P_{\mathrm{Ar}0})[1-\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{At}1}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})]\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{Arla}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}})\end{array}$

其中，P_Ar0为空气中的氩气分气压，P_Ar0=946Pa，P_Ar0/P₀=9340ppm；t_0a为密封结束至内部气体分析的时间；t_1.i和t_ia为i次压氦的时间和i次压氦结束至内部气体分析的时间，t_0a、t_1.i和t_ia均源自检漏的历史数据；P_ArE和t_Ar1为压氩的氩气气压和时间；t_Ar1a为结束压氩至内部气体分析的时间。

如图3所示，被检件经存放和一次压氩后，依据公式4，得到内部气体分析时氩气含量P_Ar/P₀～τHe的典型关系曲线。图3中，对应各曲线序号的条件如下表：

序号	t0a(d)	PArE/P0	tAr1min(h)	tAr1(h)	tAr1a(d)	tAr1a.max(d)	PArmax/P0(ppm)
								1	30	——	——	——	——	——	4.42E1
2	30	4	——	5.92	1	——	2.00E2
								3	200	——	——	——	——	——	2.91E2
4	1460	——	——	——	——	——	1.93E3
								5	14600	——	——	——	——	——	8.41E3
6	14600	4	320	360	8.25	8.25	1.79E4

在公式4中，当τ_He=τ_Hemin时，P_Ar即为内部气体分析时的氩气含量最大合格判据P_Armax：

公式5： $P_{\mathrm{Aramx}}=P_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{0a}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]-\underset{i-1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{Ar}0}[1-\exp (-0.316\frac{t_{1.i}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]\×$

$\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{ia}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})+(P_{\mathrm{ArE}}-P_{\mathrm{Ar}0})[1-\exp (-0.136\frac{t_{\mathrm{Arl}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})]\exp (-0.316\frac{t_{\mathrm{Arla}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }})$

同时，P_Armax应满足公式：

公式6：P_Armax/P₀≥200ppm

当从密封后至内部气体分析的时间t_0a＜0.0685τ_Hemin(P_Armax/P₀＜200ppm)时，需进行压氩，压氩的压力为P_ArE，压氩的时间t_Ar1应保证由公式5计算的P_Armax能满足公式6的要求；当t_0a≥0.0685τ_Hemin，且t_0a≤5.09τ_Hemin时，不需进行压氩；当t_0a＞5.09τ_Hemin时需进行压氩，压氩的压力为P_ArE，压氩的时间t_Ar1应保证依据公式5计算的P_Armax能满足P_Armax/P₀≥11200ppm。压氩的压力P_ArE应能为被检件所承受，不应大于8P₀，且一般不小于2P₀；但内腔容积≥1cm³时，对薄上盖密封件可不小于P₀。

氩气含量判据P_Armax/P₀≤7470ppm的被检件，不需压氩时，在t_0a时间进行内部气体分析；一次压氩时，取t_Ar1a=0，在压氩时间t_Ar1结束，立即进行内部气体分析。氩气含量判据P_Armax/P₀≥11200ppm的被检件，压氦结束至内部气体分析的最长候检时间t_Ar1a.max可通过对公式4的拟合计算得出：能使τ_He=τ_He0被检件的P_Ar.0等于τ_He=τ_Hemin被检件的P_Ar.m的t_Ar1a，即为t_Ar1a.max。

氩气含量判据P_Armax/P₀≤7470ppm的被检件，不需进行粗漏检测；当P_Armax/P₀≥11200ppm时，在最长候检时间t_Ar1a.max之内，在内部气体分析前，需进行L₀=1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测。

步骤3压氩：需要压氩时，将被检件放入压气箱中，抽真空至10Pa以下，然后按步骤2设计确定的压氩压力P_ArE，将氩气充入压气箱，并在时间t_Ar1内保压。记录保存密封结束的时间，记录保存每次压氦的时间t_1.i和压氦结束时间，作为检漏历史数据；记录保存压氩压力P_ArE、时间t_Ar1和压氩结束的时间。

步骤4粗漏检测：按步骤2的设计，对P_Armax/P₀≥11200ppm的被检件进行粗漏检测。粗漏检测可采用氟碳化合物气泡法；当有适用的光干涉粗漏细漏组检漏仪可用时，也可采用这种仪器进行L₀=1.0Pa·cm³/s的粗漏检测。通过粗漏检测的被检件继续步骤5内部气体分析；未通过粗漏检测的被检件，判定密封性不合格。

步骤5内部气体质谱分析：P_Armax/P₀≤7470ppm不需进行粗漏检测的被检件和通过步骤4检测的被检件，不必经过预焙烘，在常温下进行内部气体质谱分析。所用内部气体质谱分析仪应能检出含量10ppm及以上的氩气，当含量达200ppm及以上时，偏差不超过±10%。内部气体质谱分析的氩气含量P_Ar不大于判据P_Armax则判定被检件密封性合格；P_Ar大于P_Armax则判定密封性不合格。

密封性τ_Hemin合格的被检件，可按公式10求得其最大等效标准漏率L_max。

步骤6给出定量检测结果：对已判定严密等级τ_Hemin合格的被检件，当需要进一步给出被检件氦气交换时间常数τ_He或等效标准漏率L的定量检测数值时，依据内部气体分析的相关条件和步骤5中读取的P_Ar数值，若P_Ar=P_Armax时，τ_He=τ_Hemin；若P_Ar＜P_Armax时，按公式4进行拟合计算，所得大于的τ_He，即为具有一定检测偏差的密封性定量检测结果。

当 且 或t_ia≥3t_1.i时，τ_He可由下式简便得出：

公式12： ${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{He}\min }\frac{P_{\mathrm{Ar}\max }}{P_{\mathrm{Ar}}}$

已知τ_He，则L可按公式13求得。

Claims (8)

1.一种以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于：所述方法采用氦气含量法或氩气含量法对密封元器件进行内部气体质谱分析，判定被检测密封元器件的密封性是否合格；

所述方法包括下述步骤，

步骤1选择:对严密等级值高于氦质谱检漏仪可检测的严密等级值且允许破坏性试验的密封元器件被检件，根据所述被检件的预充气体选择采用氦气含量法或氩气含量法；

步骤2设计：根据被检件的严密等级τ_Hemin、检漏历史数据和步骤1中所选的氦气含量法或氩气含量法，设计计算内部气体分析的判据，设计确定压氦或压氩的压力，设计计算压氦或压氩时间，设计计算内部气体分析前的最长候检时间，确定被检件在内部气体分析前是否需要进行粗漏检测；

步骤3压氦或压氩：将被检件放入压气箱中，抽真空，然后按步骤2所设计确定的压力将氦气或氩气充入压气箱，并在设计的压氦或压氩时间内保压；当所述被检件在内部气体分析前需要进行粗检漏时，转至步骤4；当所述被检件在内部气体分析前不需要进行粗检漏时，转至步骤5；

步骤4粗漏检测：当所述被检件在内部气体分析前需要进行粗漏检测时，在最长候检时间之内，进行最小可检漏率L₀＝1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测；

步骤5内部气体质谱分析：采用氦气含量法时，在压氦后的最长候检时间之内，在常温下进行内部气体分析；采用氩气含量法时，当最大内部氩气含量判据P_Armax/标准大气压P₀≤7470ppm时，在从密封结束至内部气体分析的时间t_0a或压氩的时间t_Ar1时间进行内部气体分析；当P_Armax/P₀≥11200ppm时，在压氩后的最长候检时间之内进行内部气体分析；依据内部气体分析的氦气或氩气含量判定被检件密封性是否合格；

在步骤2中，设计内部气体质谱分析时内部氦气或氩气含量判据：

当采用氦气含量法时，忽略空气中的氦气含量P_He0＝0.533Pa，预充气体总气压为1.00P₀～1.05P₀的被检件，其中P₀为标准大气压，P₀＝1.013×10⁵Pa，经n次压氦进行内部气体分析时，其中n≥1，被检件内部氦气分气压P_He为：

公式1：

其中，P_E.i和t_1.i为i次压氦的压力和时间；τ_He为被检件的氦气交换时间常数；t_ia为i次压氦结束至内部气体分析的时间；P_E.i、t_1.i和t_ia均源自检漏历史数据；

密封性检测基本判据为严密等级τ_Hemin，可接收被检件的最大内部氦气含量判据P_Hemax为：

公式2：

同时P_Hemax应满足：

公式3：P_Hemax/P₀≥200ppm

当采用氩气含量法时，预充气体总气压为1.00P₀～1.05P₀的被检件，密封后经在空气中存放、n次压氦和一次压氩进行内部气体分析时，其中n≥1，被检件内部氩气分气压P_Ar为：

公式4：

其中，P_Ar0为空气中氩气含量，P_Ar0＝946Pa，P_Ar0/P₀＝9340ppm；t_0a为密封结束至内部气体分析的时间，源自检漏历史数据；P_ArE和t_Ar1为压氩的压力和时间；t_Ar1a为压氩结束至内部气体分析的时间；

基本判据为τ_Hemin，可接收被检件的最大内部氩气含量判据P_Armax为：

公式5：

同时P_Armax应满足：

公式6：P_Armax/P₀≥200ppm；

设计计算压氦或压氩的时间：

当采用氦气含量法时，若一次压氦后进行内部气体分析，压氦的时间t_1.1应保证依据公式2计算的P_Hemax能满足公式3的要求；若n次压氦后进行内部气体分析，其中n≥2，n次压氦的时间t_1.n为：

公式7：

当t_1.n-1不大于20h并且在n-1次压氦之前由公式7计算得到的t_1.n.min不大于t_1.n-1，取P_E.n＝P_E.n-1、t_1.n＝t_1.n-1；

当采用氩气含量法时，当从密封结束至内部气体分析的时间t_0a＜0.0685τ_Hemin且P_Armax/P₀＜200ppm时，需进行压氩，压氩的压力为P_ArE，压氩的时间t_Ar1应保证依据公式5计算的P_Armax能满足公式6的要求；当t_0a≥0.0685τ_Hemin，且t_0a≤5.09τ_Hemin和P_Armax/P₀≤7470ppm时，不需要压氩；当t_0a＞5.09τ_Hemin时，需进行压氩，压氩的时间t_Ar1应保证依据公式5计算的P_Armax能满足P_Armax/P₀≥11200ppm。

2.根据权利要求1所述的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于：在步骤1中，当被检件密封时所预充气体中不含氦气时，选择本方法的氦气含量法；当被检件密封时所预充气体中不含氩气时，选择本方法的氩气含量法。

3.根据权利要求1所述的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于，设计计算压氦或压氩结束至内部气体分析的最长候检时间：

当采用氦气含量法时，若密封后一次压氦进行内部气体分析，压氦结束至内部气体分析的最长候检时间t_1a.max为：

公式8：

其中，τ_He0为粗漏检测的氦气时间常数：

公式9：

其中，V为被检件内腔净容积；L₀为粗漏检测最小可检漏率，取L₀＝1.0Pa·cm³/s；M_He为氦气摩尔质量，M_He＝4.003g/mol；M_A为空气平均摩尔质量，M_A＝28.96g/mol；

当采用氦气含量法时，若n次压氦后进行内部气体分析，其中n≥2，n次压氦结束至内部气体分析的最长候检时间t_na.max通过对公式1的拟合计算得出：能使τ_He＝τ_He0被检件的P_He.0等于τ_He＝τ_Hemin被检件的P_He.m的t_na即为t_na.max；

当采用氩气含量法时，氩气含量判据P_Armax/P₀≤7470ppm的被检件，不必压氩时，在t_0a时间进行内部气体分析；一次压氩时，取t_Ar1a＝0，在压氩t_Ar1时间结束立即进行内部气体分析；氩气含量判据P_Armax/P₀≥11200ppm的被检件，压氩结束至内部气体分析的最长候检时间t_Ar1a.max通过对公式4的拟合计算得出：能使τ_He＝τ_He0被检件的P_Ar.0等于τ_He＝τ_Hemin被检件的P_Ar.m的t_Ar1a即为t_Ar1a.max。

4.根据权利要求1所述的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于，确定被检件在内部气体分析前是否需进行粗漏检测：

所有采用氦气含量法的被检件，在最长候检时间t_1a.max或t_na.max之内，在内部气体分析前，均需进行L₀＝1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测；

采用氩气含量法的被检件，当P_Armax/P₀≤7470ppm时，不需进行粗漏检测；当P_Armax/P₀≥11200ppm时，在最长候检时间t_Ar1a.max之内，在内部气体分析前，需进行L₀＝1.0Pa·cm³/s的适用方法的粗漏检测。

5.根据权利要求1所述的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于，在步骤3中，对采用氦气含量法被检件的n次压氦，其中n≥1，将被检件放入压气箱中，抽真空至10Pa以下，然后按步骤2设计确定的压氦压力P_E.n将氦气充入压气箱，并在n次压氦时间t_1.n内保压；对采用氩气含量法被检件，按步骤2设计，若需要压氩，将被检件放入压气箱中，抽真空至10Pa以下，然后按步骤2设计确定的压氩压力P_ArE将氩气充入压气箱，并在压氩的时间t_Ar1内保压。

6.根据权利要求1所述的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于，在步骤4中，对步骤2确定需要进行粗漏检测的被检件，采用氦气含量法时，粗漏检测可采用氟碳化合物气泡法；也可使用光干涉粗漏细漏组合检漏仪进行L₀＝1.0Pa·cm³/s的粗漏检测；当可接收被检件的最大内部氦气含量判据P_Hemax/τ_Hemin≤1.42×10^-5Pa·cm³/s时，可使用积累氦质谱粗漏细漏组合检漏仪进行粗漏检测，取粗漏拒收氦气测量漏率判据R_0max＝1.42×10^-5Pa·cm³/s；采用氩气含量法时，粗漏检测可用氟碳化合物气泡法；也可采用光干涉组合检漏仪进行L₀＝1.0Pa·cm³/s的粗漏检测；若粗漏检测未通过，判定被检件密封性不合格；粗漏检测通过，继续步骤5的检测。

7.根据权利要求3所述的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于，在步骤5中，在步骤2设计给出的最长候检时间之内，被检件不必经过预焙烘，在常温下进行内部气体质谱分析；所用内部气体质谱分析仪应能检出含量10ppm及以上的氦气或氩气，当含量达200ppm及以上时，偏差不超过±10％；采用氦气含量法时，最长候检时间为步骤2设计给出的t_1a.max或t_na.max；采用氩气含量法时，当P_Armax/P₀≤7470ppm时质谱分析时间为步骤2中的t_1a或t_Ar1，当P_Armax/P₀≥11200ppm时最长候检时间为t_Ar1a.max；

采用氦气含量法时，内部气体质谱分析的内部氦气含量P_He/P₀不大于步骤2设计给出的判据P_Hemax/P₀，判定被检件密封性合格；P_He/P₀大于P_Hemax/P₀，判定密封性不合格；采用氩气含量法时，内部气体质谱分析的内部氩气含量P_Ar/P₀不大于步骤2设计给出的判据P_Armax/P₀，判定被检件密封性合格；P_Ar/P₀大于P_Armax/P₀，判定密封性不合格；

密封性τ_Hemin合格被检件，其最大等效标准漏率L_max为：

公式10：

从而，实现了元器件密封性严密等级τ_Hemin的判定检测。

8.根据权利要求3所述的以内部气体质谱分析检测元器件密封性的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤6给出定量检测结果：对已判定的严密等级τ_Hemin合格的被检件，当需要进一步给出氦气交换时间常数τ_He和等效标准漏率L的定量检测数值时，通过对内部气体质谱分析的条件和P_He或P_Ar数值的计算，给出定量检测结果；

对氦气含量法，依据内部气体分析的相关条件和步骤5中读取的P_He值，若P_He＝P_Hemax时，τ_He＝τ_Hemin；若P_He＜P_Hemax时，按公式1进行拟合计算所得大于τ_Hemin的τ_He，即为具有一定检测偏差的τ_He定量检测结果；对氩气含量法，依据内部气体分析的相关条件和步骤5中读取的P_Ar值，若P_Ar＝P_Armax时，τ_He＝τ_Hemin；若P_Ar＜P_Armax时，按公式4进行拟合计算所得大于等于τ_Hemin的τ_He，即为具有一定检测偏差的τ_He定量检测结果；

对氦气含量法，当t_1.i≤(1/5)τ_Hemin且t_ia≤(1/10)τ_Hemin时，可简便得出：

公式11：

对氩气含量法，当 时或当时，可简便得出：

公式12：

已知τ_He，则L为：

公式13：

从而，给出了元器件密封性τ_He和L的定量检测结果。