CN109141771B - 氦质谱检漏仪实现氢气检漏的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氦质谱检漏仪的应用领域，具体涉及一种氦质谱检漏仪实现氢气检漏的方法。本发明提供的实现氢气检漏的方法，包括：(1)利用氦质谱检漏仪进行氦标漏标定，记录氦气加速电压U1；(2)利用氦质谱检漏仪进行氢标漏标定，记录氢气加速电压U2；(3)基于所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系，修订所述氦质谱检漏仪的检漏参数；(4)基于氢气质量数和所述氢气加速电压U2的线性关系，通过改变所述氢气加速电压U2的值，实现氢气检漏。利用氦质谱检漏仪，利用本发明的方法，无需改变氦质谱检漏仪的结构部件，即可实现对于氢气的检漏。

Description

氦质谱检漏仪实现氢气检漏的方法
技术领域
本发明涉及氦质谱检漏仪的应用领域，具体涉及一种氦质谱检漏仪实现氢气检漏的方法。
背景技术
氦质谱检漏仪是一种常见的分析仪器，在电力行业、航天行业、核工业等广泛运用，是真空检漏中应用的最普遍的检漏仪器。由于氦气具备以下特点：在空气中含量极少(空气中约含5×10-6)；氦的质量小(相对分子质量4)，易于穿过漏孔；氦是惰性气体，使用安全；检漏仪对它灵敏度高等特点。氦质谱检漏仪采用氦气为示踪气体进行检测，随着氦质谱检漏仪应用的深入，以氦气为示踪气体的弊端逐渐显现出来，如在检测大型腔体中，需要充入大量的氦气，而在没有氦气回收的情况下，这些氦气被白白的浪费掉，无形中增加仪器的使用成本。而氢气的价格远低于氦气，且在空气中含量更少(在空气中约含5×10-7)，氢的质量更小(相对分子质量2)，更易于穿过漏孔，在规避氢气易爆情况下，越来越多的行业使用氢气为示踪气体进行检测。须要一种能够检测氢气的氦质谱检漏仪。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种实现氢气检漏的方法，该方法借助于氦质谱检漏仪即可实现氢气的检漏，无需改变氦质谱检漏仪的结构部件，可操作性强。
为此，本发明提供了一种利用氦质谱检漏仪实现氢气检漏的方法，所述方法包括：(1)利用氦质谱检漏仪进行氦标漏标定，记录氦气加速电压U1；(2)利用氦质谱检漏仪进行氢标漏标定，记录氢气加速电压U2；(3)基于所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系，修订所述氦质谱检漏仪的检漏参数；(4)基于氢气质量数和所述氢气加速电压U2的线性关系，通过改变所述氢气加速电压U2的值，实现氢气检漏。本发明提供了一种利用氦质谱检漏仪进行氢气检漏的方法，该方法利用氦质谱检漏仪分别进行氦标漏标定以及氢标漏标定，记录相应的氦气加速电压以及氢气加速电压；基于氦气加速电压和氢气加速电压的值，确定两者的线性关系，通过该线性关系，使得氦质谱检漏仪对于氦气和氢气的检漏参数进行修订，确定氢气质量数和氢气加速电压的线性关系；然后通过改变氢气加速电压的值，实现氢气检漏。
根据本发明的实施例，以上所述利用氦质谱检漏仪实现氢气检漏的方法，可以进一步包括如下技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述方法进一步包括：基于氦气质量数和所述氦气加速电压U1的线性关系，通过改变所述氦气加速电压U1的值，实现氦气检漏。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中在所述氦质谱检漏仪的检漏口外接氦标准漏孔，以便进行所述氦标漏标定，所述氦标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s。通过在氦质谱检漏仪检漏口外接上氦标准漏孔，用于对氦质谱检漏仪进行校准，以提高检漏的精确度。选用-5，-6，-7，-8级pa.m3/s的氦标准漏孔进行氦标漏标定，基本能够涵盖氦质谱检漏仪检漏的典型的漏率值，即大部分的被检测件均处于整个漏率区域，从而能够保证加速电压的准确性。
在本发明的一些实施例中，以所述氦标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s进行所述氦标漏标定，分别记录所述氦气加速电压U1-1，U1-2，U1-3，U1-4。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中在所述氦质谱检漏仪的检漏口外接氢标准漏孔，以便进行所述氢标漏标定，所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s。通过在氦质谱检漏仪检漏口外接上氢标准漏孔，用于对氦质谱检漏仪进行校准，以提高检漏的精确度。选用-5，-6，-7，-8级pa.m3/s的氢标准漏孔进行氢标漏标定，基本能够涵盖氦质谱检漏仪检漏的典型的漏率值，即大部分的被检测件均处于整个漏率区域，从而能够保证加速电压的准确性。
在本发明的一些实施例中，以所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s进行所述氢标漏标定，分别记录所述氢气加速电压U2-1，U2-2，U2-3，U2-4。
在本发明的一些实施例中，分别基于所述氦气加速电压U1-1，U1-2，U1-3，U1-4和所述氢气加速电压U2-1，U2-2，U2-3，U2-4，确定所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系。通过氦标准漏孔和氢标准漏孔进行标定，能够进一步准确获得氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系，且能够保证氦气加速电压和氢气加速电压关系的一致性和普遍性。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中基于所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系，利用如下公式修订所述氦质谱检漏仪：
其中，R为离子偏转轨道半径，单位为cm，
B为磁场强度，单位为T，
U为离子加速电压，单位为V，
M为离子的相对分子质量；
Z为离子的电荷。
在本发明的一些实施例中，所述方法进一步包括:在所述氦质谱检漏仪中增加可检质量数参数，分别设定可检质量数参数为2和4；其中，当选择可检质量数参数为2时，所述氦质谱检漏仪基于所述氢气质量数和所述氢气的加速电压U2的线性关系进行氢气检漏；当选择可检质量数参数为4时，所述氦质谱检漏仪基于所述氦气质量数和所述氦气的加速电压U1的线性关系进行氦气检漏。
本发明所取得的有益效果为：本发明利用氦质谱检漏仪进行氢气检漏，无需改变氦质谱检漏仪的结构部件，可操作性强，且方便。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的实施例提供的利用氦质谱检漏仪进行氢气检漏的方法的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的发明人在研究过程中发现：氦质谱检漏仪运用了磁质谱理论及质谱分析方法，灯丝加热发射出来的电子经过加速，在电离室内与残余气体分子和经被检件漏孔逆扩散到电离室的氦气相互碰撞使其电离成正离子，这些离子在加速电场作用下进入磁场，由于洛伦兹力作用产生偏转，形成圆弧形轨道，其旋转半径。
Figure BDA0001838384520000031
式中：R——离子偏转轨道半径(cm)
B——磁场强度(T)
U——离子加速电压(V)
M/Z——离子的质荷比(离子的质量与电荷的比值)
在氦质谱检漏仪中，R、B为固定值，改变加速电压可使不同质量的离子通过磁场和接收缝到达接收极而被检测。只要调整好加速电压U，使被检测离子能通过接收缝到达接收电极，而使其他离子不被接收，接收电极接收到的被检测离子流经过放大后用于指示漏率。
当需氦质谱检漏仪检测氢气时，氦离子的质荷比是氢的2倍，在离子偏转轨道半径R、磁场强度B是定值的情况下，由上以上公式可知，能检测到氢离子流时，需将加速电压放大氦检测时的2倍。这样氦质谱检漏仪就能检测氢信号了。本发明利用不同的氦标准漏孔以及不同的氢标准漏孔对氦气加速电压和氢气加速电压进行标定，记录加速电压，获得误差率，从而验证了借助于以上理论，利用氦质谱检漏仪实现氢气检漏的准确性。而且通过不同的氦标准漏孔以及氢标准漏孔进行验证，表明氦气加速电压和氢气加速电压的关系具有普遍性和一致性。
为此，本发明提供了一种实现氢气检漏的方法，包括：(1)利用氦质谱检漏仪进行氦标漏标定，记录氦气加速电压U1；(2)利用氦质谱检漏仪进行氢标漏标定，记录氢气加速电压U2；(3)基于所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系，修订所述氦质谱检漏仪；(4)基于氢气质量数和所述氢气加速电压U2的线性关系，通过改变所述氢气加速电压U2的值，实现氢气检漏。
本发明借助于氦质谱检漏仪，通过借助于氦质谱检漏仪自身对于氦气检漏的加速电压与氦气质量数的关系，通过研究氢气加速电压与氢气质量数的关系，实现氢气检漏。本发明的方法可行性强，无需改变氦质谱检漏仪的结构部件，只需更改其控制软件系统即可实现。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
本实施例提供了一种氦质谱检漏仪实现氢气检漏的方法，如图1所示，按以下几个步骤实施：
首先进行氦质谱检漏仪的软件修改(1)，在氦质谱检漏仪的控制软件中，增加可检质量数参数，可设定可检质量数参数为4(2)或可检质量数参数为2(5)的两个选项。
将氦质谱检漏仪的可检质量数参数设定为可检质量数4(2)，在氦质谱检漏仪的检漏口接上氦标准漏孔(氦标准漏孔：-5、-6、-7、-8级pa.m3/s)，进行氦质谱检漏仪的氦标漏标定(3)，氦质谱检漏仪定标完成，记录检漏仪的质量4加速电压(4)(对应氦标准漏孔-5、-6、-7、-8级pa.m3/s，所对应的加速电压分别为497V、495V、497V、494V)。
将氦质谱检漏仪的可检质量数参数设定为可检质量数2(5)，在氦质谱检漏仪的检漏口接上氢标准漏孔(氢标准漏孔：-5、-6、-7、-8级pa.m3/s)，进行氦质谱检漏仪的氢标漏标定(6)，氦质谱检漏仪定标完成，记录检漏仪的质量2加速电压(7)(对应氢标准漏孔-5、-6、-7、-8级pa.m3/s，所对应的加速电压分别为965V、963V、965V、964V)。
根据质量4加速电压(4)与质量2加速电压(7)监测结果，确定氦氢加速电压线性关系(8)，质量2加速电压(7)是质量4加速电压(4)的2倍，误差率为2.92％。从获得的该误差率可以看出，经过试验验证得到的氦气检漏和氢气检漏的加速电压的关系，其与理论值误差很小，反应了加速电压的线性关系的准确度或者称拟合程度。通过该验证试验，表明利用氦气加速电压和氢气加速电压的关系，可以借助于氦质谱检漏仪实现对于氢气的检漏，且满足检漏的准确性的要求，而且当把氦质谱检漏仪的加速电压放大2倍时，仪器能够自动扫描出加速电压，即表明加速电压放大2倍，氦质谱检漏仪依然正常工作，未超出仪器加速电压的范围。
将可检气体的质量数与加速电压的线性关系写入控制软件中，而确定软件(9)。当把可检气体的质量数与加速电压的信息关系写入控制软件之后，当选择被检质量数，仪器自动对加速电压进行调整，从而保证检测相应质量数的漏率的准确性。同时，也可以利用该误差率，对氦气加速电压和氢气加速电压的2倍关系进行修正，从而获得精确的可检测质量数所对应的加速电压。
这样氦质谱检漏仪需进行氢气检漏时，在仪器的参数中，将可检质量数设置为2，仪器即可进行氢气检漏；氦质谱检漏仪进行氦气检漏时，在仪器的参数中，将可检质量数设置为4，仪器即可进行氦气检漏。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种实现氢气检漏的方法，其特征在于，包括：
(1)利用氦质谱检漏仪进行氦标漏标定，记录氦气加速电压U1；
(2)利用氦质谱检漏仪进行氢标漏标定，记录氢气加速电压U2；
(3)基于所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系，修订所述氦质谱检漏仪的检漏参数；
(4)基于氢气质量数和所述氢气加速电压U2的线性关系，通过改变所述氢气加速电压U2的值，实现氢气检漏。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于氦气质量数和所述氦气加速电压U1的线性关系，通过改变所述氦气加速电压U1的值，实现氦气检漏。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中在所述氦质谱检漏仪的检漏口外接氦标准漏孔，以便进行所述氦标漏标定，所述氦标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以所述氦标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s进行所述氦标漏标定时，分别记录所述氦气加速电压U1-1，U1-2，U1-3，U1-4。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中在所述氦质谱检漏仪的检漏口外接氢标准漏孔，以便进行所述氢标漏标定，所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中在所述氦质谱检漏仪的检漏口外接氢标准漏孔，以便进行所述氢标漏标定，所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中在所述氦质谱检漏仪的检漏口外接氢标准漏孔，以便进行所述氢标漏标定，所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s进行所述氢标漏标定，分别记录所述氢气加速电压U2-1，U2-2，U2-3，U2-4。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s进行所述氢标漏标定，分别记录所述氢气加速电压U2-1，U2-2，U2-3，U2-4。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，以所述氢标准漏孔为-5，-6，-7，-8级pa.m3/s进行所述氢标漏标定，分别记录所述氢气加速电压U2-1，U2-2，U2-3，U2-4。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，分别基于所述氦气加速电压U1-1，U1-2，U1-3，U1-4和所述氢气加速电压U2-1，U2-2，U2-3，U2-4，确定所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中基于所述氦气加速电压U1和所述氢气加速电压U2的线性关系，利用如下公式修订所述氦质谱检漏仪：
Figure FDA0002287782740000021
其中，R为离子偏转轨道半径，单位为cm，
B为磁场强度，单位为T，
U为离子加速电压，单位为V，
M为离子的相对分子质量；
Z为离子的电荷。
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括:在所述氦质谱检漏仪中增加可检质量数参数，分别设定可检质量数参数为2和4；
其中，当选择可检质量数参数为2时，所述氦质谱检漏仪基于所述氢气质量数和所述氢气加速电压U2的线性关系进行氢气检漏；
当选择可检质量数参数为4时，所述氦质谱检漏仪基于所述氦气质量数和所述氦气加速电压U1的线性关系进行氦气检漏。
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