CN107543664A - 多密封系统漏率测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多密封系统总漏率测试的测量系统，主要包括标准漏率装置、多种示漏气体气源、真空容器、抽气单元、取样单元、四极质谱分析单元和数据处理单元，其中，将待测组件放入容器内，抽真空得到特征峰对应的离子流大小，作为本底值；再依次分别引入不同示漏气体的标准漏率，得到不同标准漏率对应的离子流大小；向待测组件充入不同的示漏气体，经质谱分析，得到泄漏后反应出来的实际离子流大小；根据标准漏率和离子流的比值，得到实际漏率值。本发明可以准确检测多个独立密封系统的总漏率，克服了过去氦质谱检漏中，每次只能检测一个独立密封系统的缺陷，节省了人力，缩短了检漏时间。

Description

多密封系统漏率测量方法和装置

技术领域

本发明属于真空质谱检漏测试技术领域，具体来说，本发明涉及一种利用真空容器进行总漏率测试的测量系统以及利用该装置进行漏率测量的方法。

背景技术

目前，评价航天器密封系统的总漏率是否满足在轨长寿命需求所采用的测量方法，是将航天器总装后放在真空容器中，将真空容器抽空达到检漏压力后，在待测试的密封系统中分别充入不同的示漏气体，利用四极质谱分析单元对真空容器中示漏气体进行检测，这样就得到了不同密封系统泄漏出来的示漏气体的多少与四极质谱分析单元检测到的数值的关系。为了得到该密封系统的准确漏率值，还需要利用相应的不同示漏气体的标准漏率对四极质谱分析单元检测到的对应数据进行标定，得到该真空质谱检漏系统中标准漏率与四极质谱分析单元采集到的数据之间的定量关系，这样就能得到航天器不同密封系统的总漏率。

现在的真空氦质谱检漏测试方法有一个显著的缺点。首先在试验过程中，每次测试只能对一个密封系统进行氦检漏，如有多个系统，就需要多次充放氦气，以便得到不同密封系统的漏率，这样浪费了大量试验时间，提高了试验费用。其次，同一次试验中多次充放氦气，真空容器内氦本底难以清除，从一个密封系统测试完毕到下一个密封系统测试前需要一段抽除时间，可能要好几个小时，若氦本底实在难以清除，可能还会导致直接停止本次试验。

因此，有必要寻求一种能同时测试多个密封系统漏率的测量系统和测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服真空氦质谱检漏方法在单次试验中对多个密封系统进行漏率测量的缺点，从而提出一种不同气体不同量级标准漏率的标定装置和多个密封系统同时进行漏率测量的方法。该测量方法可在国内大型空间环境模拟试验设备中进行应用，不需要额外建立真空检漏系统，仅采用环模设备自配的粗抽、分子泵抽气系统就可以完成对试件总漏率的测试。

本发明的另一目的在于提供一种多个密封系统进行总漏率测试的测量系统，该系统可以准确、可靠地测量出多个独立密封系统的总漏率。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术解决方案：

本发明的多密封系统总漏率测试的测量系统，主要包括标准漏率装置、多种示漏气体气源、真空容器、抽气单元、取样单元、四极质谱分析单元和数据处理单元，所述标准漏率装置包括标准漏孔组，多种示漏气体气源通过标准漏孔组与真空容器连通，真空泵对标准漏孔组的前后端进行抽气，气源通过自动调压阀与标准漏孔组连通并将标准漏孔组前的压力稳定在一定数值，标准漏孔组与真空容器之间通过阀门进行连接，所述真空容器连接有抽气单元，抽气单元包括粗抽机组、分子泵高真空系统，粗抽机组与真空容器通过阀门直接连接，分子泵高真空系统与真空容器也通过阀门直接连接，分子泵采用了罗茨泵机组为前级，真空容器通过取样单元和四极质谱分析单元相连通，四极质谱分析单元与数据处理单元电连接，其中，将航天器测试组件放入真空容器内，对容器抽真空得到不同质量数气体的特征峰对应的离子流大小，作为本底值；再向真空容器依次分别引入不同示漏气体的标准漏率，质谱分析得到不同示漏气体标准漏率对应的离子流大小，关闭标准漏孔；向航天器测试组件不同的被检密封系统内充入不同的示漏气体，系统稳定后，通过质谱分析，得到各个不同密封系统泄漏后反应出来的实际离子流大小；根据标准漏率和对应的离子流的比值，得到不同密封系统的实际漏率值。

进一步地，所述标准漏孔优选为通道型漏孔，所述真空泵为无油涡旋真空泵。

进一步地，所述粗抽机组优选为变频罗茨泵螺杆泵无油机组，分子泵高真空系统优选为磁悬浮分子泵配罗茨泵螺杆泵机组。

进一步地，所述连接在真空容器上的质谱分析控制台核心为四极质谱计。

本发明的测试多个密封系统漏率的测量方法，包括以下步骤：

首先将航天器测试组件放入真空容器内，对容器抽真空，得到不同质量数气体的特征峰对应的离子流大小，作为本底值；然后向真空容器依次分别引入不同示漏气体的标准漏率，通过质谱分析得到不同示漏气体标准漏率对应的离子流大小，关闭标准漏孔；向航天器测试组件不同的被检密封系统内充入不同的示漏气体，系统稳定后，通过质谱分析，得到各个不同密封系统泄漏后反应出来的实际离子流大小；根据标准漏率和对应的离子流的比值，就可以得到不同密封系统的实际漏率值。

进一步地，所述测量方法包括以下步骤：

1)将总装后的航天器放入真空容器中，对容器进行粗抽；

2)容器粗抽达到优于5Pa后，启动分子泵对容器进行抽高真空，同时关闭粗抽机组；

3)达到检漏真空度后，质谱分析单元通过取样单元对容器中的气体进行取样，将气体引入到四极质谱分析单元的质谱室；

4)四极质谱分析单元达到稳定后，对不同示漏气体的离子流进行监测并记录本底数据；然后分别向容器通入不同示漏气体的标准漏孔，待系统稳定后，记录下不同示漏气体标准漏孔对应的离子流，关闭标准漏孔；最后向航天器被检密封系统通入示漏气体，记录下相对应的离子流大小；经数据处理单元处理后，得出不同系统的总漏率值。

本发明的多密封系统总漏率测试方法的优点在于，在一次测试中，可以准确检测多个独立密封系统的总漏率，克服了过去氦质谱检漏中，每次只能检测一个独立密封系统的缺陷，节省了人力，缩短了检漏时间。

附图说明

图1为多密封系统漏率测量装置的示意图。

其中，1、多种示漏气体气源；2、调压稳压装置；3、标准漏率装置；4、真空容器；5、航天器测试组件；6、取样单元；7、四极质谱分析单元；8、数据处理单元；9、抽气单元；10、真空泵。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步地说明。

参照图1，本发明的整套系统主要包括漏率标定装置单元、航天器漏率测试组件单元和质谱测试单元，其中漏率标定装置单元、航天器漏率测试组件单元和质谱测试单元通过管道和阀门连接在一起。所述漏率标定装置单元包括多种示漏气体气源(1)和调压稳压装置(2)、标准漏率装置(3)和真空泵(10)，通过不锈钢管道和阀门，多种示漏气体气源(1)、调压稳压装置(2)、标准漏孔装置(3)和真空泵(10)相连接，其中多种示漏气体气源(1)是装有示漏气体带有瓶阀的高压气瓶，使用何种示漏气体，更换气瓶即可，其中调压稳压装置(2)将气源压力减压后稳定在标准漏孔所需要的入口压力，其中标准漏率装置(3)由4个上下游分别装有阀门的不同气体的标准漏孔并联组成，其中真空泵(10)与调压稳压装置(2)进气端和出口端以及标准漏率装置(3)进气端和出气端通过管道(未示出)和阀门(未示出)相连接，用来抽空气路中的气体，以便更换不同种类的示漏气体；所述航天器漏率测试组件单元部分包括真空容器(4)、航天器测试组件(5)和抽气单元(9)，航天器测试组件(5)放置在真空容器(4)内部，抽气单元(9)通过大法兰对真空容器(4)抽真空，其中航天器测试组件(5)的密封系统通过充气管道、真空容器(4)上的法兰穿墙后与外部的充气系统(未示出)连接，利用充气系统(未示出)来对航天器测试组件(5)的不同密封系统充入不同的示漏气体；所述质谱测试单元包括取样单元(6)和四极质谱分析单元(7)以及数据处理单元(8)，其中取样单元(6)通过法兰、管道和阀门从真空容器(4)进行取样，通过管道进入四极质谱分析单元(7)的质谱室(未示出)，取样来的气体在质谱室内被四极质谱计进行电离后穿过四极杆到达收集器，转化为电信号后，传送到数据处理单元(8)，由数据处理单元(8)将电信号转化为相应的数据记录下来。

漏率标定装置单元置于真空容器外部，与容器通过阀门相连接，用于提供多种示漏气体标准漏率。

详细测量过程如下：首先将航天器测试组件(5)推入真空容器(4)内，通过容器上的法兰(未示出)接口，将航天器测试组件(5)的不同密封系统(未示出)分别与真空容器(4)外部的充气系统(未示出)相连接，关闭容器大门后，利用抽气单元(5)对真空容器(4)抽真空，容器压力达到不大于100Pa后，利用取样单元(6)，将气体引入四极质谱分析单元(7)的质谱室，由数据处理单元(8)记录下不同示漏气体的特征峰对应的离子流大小，作为本底值；然后向真空容器(4)依次分别引入不同示漏气体的标准漏率，同样地，数据处理单元(8)可以得到不同示漏气体标准漏率对应的离子流大小，关闭标准漏孔；向航天器测试组件(5)中不同的被检密封系统内分别充入不同的示漏气体，系统稳定后，通过取样单元(6)和数据处理单元，得到各个不同密封系统泄漏后反应出来的实际离子流大小；根据标准漏率和对应的实际离子流的比值关系，就可以得到不同密封系统的实际漏率的大小。

利用这种在线测量的方法，在航天器总装后不同独立密封系统的总漏率测试过程中，不需要取出航天器，克服了过去每次抽真空只能测试一个密封系统的缺点。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.多密封系统总漏率测试的测量系统，主要包括标准漏率装置、多种示漏气体气源、真空容器、抽气单元、取样单元、四极质谱分析单元和数据处理单元，所述标准漏率装置包括标准漏孔组，多种示漏气体气源通过标准漏孔组与真空容器连通，真空泵对标准漏孔组的前后端进行抽气，气源通过自动调压阀与标准漏孔组连通并将标准漏孔组前的压力稳定在一定数值，标准漏孔组与真空容器之间通过阀门进行连接，所述真空容器连接有抽气单元，抽气单元包括粗抽机组、分子泵高真空系统，粗抽机组与真空容器通过阀门直接连接，分子泵高真空系统与真空容器也通过阀门直接连接，分子泵采用了罗茨泵机组为前级，真空容器通过取样单元和四极质谱分析单元相连通，四极质谱分析单元与数据处理单元电连接，其中，将航天器测试组件放入真空容器内，对容器抽真空得到不同质量数气体的特征峰对应的离子流大小，作为本底值；再向真空容器依次分别引入不同示漏气体的标准漏率，得到不同示漏气体标准漏率对应的离子流大小，关闭标准漏孔；向航天器测试组件不同的被检密封系统内充入不同的示漏气体，系统稳定后，通过质谱分析，得到各个不同密封系统泄漏后反应出来的实际离子流大小；根据标准漏率和对应的离子流的比值，得到不同密封系统的实际漏率值。

2.如权利要求1所述的多密封系统总漏率测试的测量系统，其中，标准漏孔优选为通道型漏孔，所述真空泵为无油涡旋真空泵。

3.如权利要求1所述的多密封系统总漏率测试的测量系统，其中，所述粗抽机组优选为变频罗茨泵螺杆泵无油机组，分子泵高真空系统优选为磁悬浮分子泵配罗茨泵螺杆泵机组。

4.如权利要求1所述的多密封系统总漏率测试的测量系统，其中，所述连接在真空容器上的质谱分析控制台核心为四极质谱计。

5.利用权利要求1-4任一项所述的测量系统测试多个密封系统漏率的测量方法，包括以下步骤：

首先将航天器测试组件放入真空容器内，对容器抽真空，得到不同质量数气体的特征峰对应的离子流大小，作为本底值；然后向真空容器依次分别引入不同示漏气体的标准漏率，通过质谱分析得到不同示漏气体标准漏率对应的离子流大小，关闭标准漏孔；向航天器测试组件不同的被检密封系统内充入不同的示漏气体，系统稳定后，通过质谱分析，得到各个不同密封系统泄漏后反应出来的实际离子流大小；根据标准漏率和对应的离子流的比值，就可以得到不同密封系统的实际漏率值。

6.如权利要求5所述的测量方法，包括以下步骤：

1)将总装后的航天器放入真空容器中，对容器进行粗抽；

2)容器粗抽达到优于5Pa后，启动分子泵对容器进行抽高真空，同时关闭粗抽机组；

3)达到检漏真空度后，质谱分析单元通过取样单元对容器中的气体进行取样，将气体引入到四极质谱分析单元的质谱室；

4)四极质谱分析单元达到稳定后，对不同示漏气体的离子流进行监测并记录本底数据；然后分别向容器通入不同示漏气体的标准漏孔，待系统稳定后，记录下不同示漏气体标准漏孔对应的离子流，关闭标准漏孔；最后向航天器被检密封系统通入示漏气体，记录下相对应的离子流大小；经数据处理单元处理后，得出不同系统的总漏率值。