原工質(zhì)檢漏方法原理及分類

　　原工質(zhì)檢漏是利用被檢件內(nèi)部填充的工作介質(zhì)作為示漏氣體，實(shí)現(xiàn)被檢件漏率測(cè)量的一種方法。當(dāng)采用原工質(zhì)檢漏時(shí)，被檢件內(nèi)部在檢測(cè)前已經(jīng)填充了示漏氣體，不需要額外的充壓設(shè)備。如果被檢件有漏孔存在，被檢件內(nèi)部的示漏氣體就會(huì)通過漏孔泄漏到被檢件所處的周圍環(huán)境中，采用大氣取樣或真空收集的方式將泄漏出來的氣體引入到測(cè)量傳感器內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)被檢件泄漏檢測(cè)，經(jīng)常使用的傳感器是質(zhì)譜計(jì)。

　　原工質(zhì)檢漏一般適用于無法采用氦質(zhì)譜檢漏法或壓力變化檢漏法的場(chǎng)合，在航天產(chǎn)品領(lǐng)域，原工質(zhì)檢漏方法主要應(yīng)用于發(fā)射場(chǎng)衛(wèi)星推進(jìn)劑、火箭共底危險(xiǎn)氣體、鎳氫蓄電池和空間站艙外氣體泄漏檢測(cè)等場(chǎng)合，但是隨著航天工業(yè)的發(fā)展，真空技術(shù)網(wǎng)(www.mp99x.cn)有理由相信原工質(zhì)檢漏方法的應(yīng)用也將越來越廣泛。

衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測(cè)方法

　　衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測(cè)主要采用質(zhì)譜計(jì)和化學(xué)檢測(cè)管聯(lián)用的方法對(duì)空氣中甲基肼、無水肼、四氧化二氮進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。測(cè)量時(shí)，利用取樣泵的抽氣能力將遠(yuǎn)端的氣體引到檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)的氣體可以部分進(jìn)入化學(xué)檢測(cè)管實(shí)現(xiàn)大泄漏量定期測(cè)量部分氣體進(jìn)入質(zhì)譜室，實(shí)現(xiàn)微小泄漏量連續(xù)測(cè)量。

圖3 衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　此外，為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用TLD -1型有毒氣體檢測(cè)儀對(duì)衛(wèi)星周圍環(huán)境及星內(nèi)進(jìn)行定期檢測(cè)。該儀器采用化學(xué)紙帶和光比色相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)漏率的精確測(cè)量，檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到20 ppb 量級(jí)。

火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測(cè)方法

　　火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測(cè)采用β-FD 型放射電離規(guī)( 簡稱β 規(guī)) 進(jìn)行總壓力測(cè)量和質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行分壓力測(cè)量相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示，主要由氣體成分分析裝置、抽空裝置和壓力測(cè)量裝置組成。其中，壓力測(cè)量裝置用于共底內(nèi)壓力總壓力測(cè)量，核心部件是一臺(tái)只β 規(guī)。氣體成分分析裝置用于對(duì)共底內(nèi)氫、氧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其核心部件為一臺(tái)質(zhì)譜計(jì)。抽空裝置用于共底的抽空和氣體取樣。當(dāng)共底內(nèi)氫濃度和總壓力達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí)系統(tǒng)給出報(bào)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)火箭低溫級(jí)共底的安全監(jiān)測(cè)。火箭共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是火箭發(fā)射場(chǎng)工作的標(biāo)配儀器之一，已經(jīng)應(yīng)用于歷次發(fā)射場(chǎng)火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測(cè)工作，準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

圖4 共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

鎳氫蓄電池泄漏檢測(cè)方法

　　鎳氫蓄電池檢測(cè)采用類似氦質(zhì)譜真空壓力法實(shí)現(xiàn)鎳氫蓄電池的泄漏量測(cè)量，測(cè)量傳感器為質(zhì)譜計(jì)。測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示，主要由質(zhì)譜分析部分和樣品檢測(cè)部分組成。當(dāng)檢測(cè)時(shí)，鎳氫蓄電池放置在檢漏室內(nèi)，由于鎳氫蓄電池結(jié)構(gòu)為全密封金屬罐體結(jié)構(gòu)，罐內(nèi)裝有工作介質(zhì)和氫氣，在電池不充電情況下，電池內(nèi)氫氣壓力約為常壓( 0.1 MPa) ，當(dāng)電池充滿電時(shí)，電池內(nèi)氫氣壓力會(huì)上升至數(shù)個(gè)MPa，如果電池罐體有泄漏，充電前后氫氣泄漏量會(huì)明顯上升，通過比較充電前后質(zhì)譜室內(nèi)氫氣分壓力的變化量實(shí)現(xiàn)氫泄漏量測(cè)量。

圖5 鎳氫蓄電池檢漏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　鎳氫電池檢漏工作起初是為了開展長壽命通信衛(wèi)星研制工作的需要，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類深空探測(cè)航天器的鎳氫蓄電池研制工作中，是評(píng)價(jià)鎳氫蓄電池在軌工作壽命的關(guān)鍵手段之一。

空間站艙外氣體泄漏檢測(cè)方法

　　空間站艙外氣體泄漏檢測(cè)方法主要是利用空間站在軌運(yùn)行的太空屬于高真空條件，當(dāng)艙體發(fā)生泄漏時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漏孔周圍空間的壓力會(huì)上升，從而實(shí)現(xiàn)漏率測(cè)量。目前成功應(yīng)用的方法主要有指向規(guī)法和質(zhì)譜計(jì)法，其中指向規(guī)法采用高靈敏度真空規(guī)實(shí)現(xiàn)空間站周圍氣體總壓力的測(cè)量，通過比較測(cè)量點(diǎn)壓力與空間艙外周圍空間壓力的差別實(shí)現(xiàn)漏率測(cè)量; 采用質(zhì)譜計(jì)的分壓力測(cè)量原理，通過測(cè)量漏孔周圍某種特質(zhì)氣體的分壓力變化情況實(shí)現(xiàn)泄漏量測(cè)量。

　　在指向規(guī)法檢漏方面，上個(gè)世紀(jì)70 年代，NASA 馬歇爾空間飛行中心( MSFC) 開展了用于空間環(huán)境下使用的指向規(guī)檢漏儀研制工作，所研制的檢漏儀原打算用于空間站和航天器的艙外在軌檢漏工作。俄羅斯研制了一種雙探頭指向規(guī)式手持艙外檢漏儀，從1993 年開始在“和平號(hào)”空間站上進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，1998 年“和平號(hào)”空間站因撞擊發(fā)生泄漏時(shí)，該儀器用于在軌泄漏位置的探測(cè)。在質(zhì)譜計(jì)檢漏方面，NASA 已研制成功一種名叫微量氣體分析儀( Trace Gas Analyzer-TGA) 的儀器，用于空間站宇航員出艙活動(dòng)過程中的泄漏檢測(cè)工作，能實(shí)現(xiàn)空間站艙外冷卻系統(tǒng)氦泄漏、推進(jìn)劑泄漏、空間站密封艙體泄漏等檢測(cè)工作。該儀器的關(guān)鍵部件是一臺(tái)微型四極質(zhì)譜計(jì)，能實(shí)現(xiàn)氨、肼、氮和氧等氣體的分壓力測(cè)量。目前，TGA 檢漏儀被放置在空間站內(nèi)，處于待命狀態(tài)。