密封器件壓氦和預(yù)充氦細檢漏過程中環(huán)境氦分壓的影響

2013-09-26 薛大同 蘭州空間技術(shù)物理研究所

  分別推導(dǎo)和分析了環(huán)境大氣氦分壓對壓氦法的影響,地球干潔大氣氦分壓對預(yù)充氦法和預(yù)充氦密封器件壓氦法復(fù)檢的影響。證明對于壓氦法,不需要考慮地球干潔大氣氦分壓的影響。但是如果候檢室環(huán)境大氣氦分壓顯著升高,對于內(nèi)腔有效容積大,且等效標(biāo)準(zhǔn)漏率小的密封器件,會加大測量漏率值,所以壓氦后,被檢器件應(yīng)盡快離開壓氦設(shè)備所在的房間。對于預(yù)充氦法,地球干潔大氣氦分壓會使測量漏率通過極大值后出現(xiàn)極小值,且當(dāng)候檢時間與內(nèi)腔有效容積之比大于100 h/cm3 時,極小值點的氣流仍處于分子流狀態(tài),不能靠粗檢鑒別,所以需壓氦法復(fù)檢加粗檢,才能防止漏檢。另外,地球干潔大氣氦分壓會使預(yù)充氦法候檢時間的第一特征點變大,從而擴大了需壓氦法復(fù)檢加粗檢的范圍,但第二特征點不變,也不影響壓氦法復(fù)檢加粗檢的結(jié)果。

  密封器件的氦質(zhì)譜細檢漏技術(shù)細分為壓氦法(即背壓法) 和預(yù)充氦法兩種。D A Howl 等首先給出了壓氦法測量漏率Re 與等效標(biāo)準(zhǔn)漏率L 的關(guān)系,并指出該關(guān)系對應(yīng)的氣流狀態(tài)為分子流,文獻指出將壓氦法測量漏率與等效標(biāo)準(zhǔn)漏率關(guān)系式中第一個括號刪掉,就得到預(yù)充氦法的相應(yīng)關(guān)系式。無論是壓氦法還是預(yù)充氦法,在公式推導(dǎo)中都假定候檢期間環(huán)境大氣中不存在氦分壓。然而,實際上地球干潔大氣中含有少量氦氣;壓氦時通常會產(chǎn)生檢漏用氦氣對環(huán)境大氣的污染,使環(huán)境氦分壓超過地球干潔大氣中的氦分壓。因此,推導(dǎo)和分析環(huán)境大氣中氦分壓對壓氦法和預(yù)充氦法的影響是十分必要的。

1、環(huán)境氦分壓對壓氦法的影響

  為了得到環(huán)境大氣中氦分壓對壓氦法的影響,有必要從真空系統(tǒng)的抽氣方程出發(fā),按壓氦法的步驟,重新推導(dǎo)Re 與L 的關(guān)系。

(1) 壓氦結(jié)束后密封器件內(nèi)部的氦分壓

  分子流下,可以只考慮所關(guān)心氣體的分壓力。所以,對于腔內(nèi)原本不含氦氣的密封器件,不論腔內(nèi)是否含有其他氣體,壓氦結(jié)束后密封器件內(nèi)部的氦分壓為

壓氦結(jié)束后密封器件內(nèi)部的氦分壓

  式中,pt1 為壓氦結(jié)束后密封器件內(nèi)部的氦分壓,pe為壓氦期間密封器件外部( 即壓氦箱內(nèi)) 的氦氣絕對壓力,UHe為密封器件漏孔對氦氣的的流導(dǎo),V 為密封器件內(nèi)腔的有效容積,t 1為壓氦時間。p t1不受環(huán)境大氣中氦分壓的影響。

(2) 檢漏前密封器件內(nèi)腔的氦分壓

  顧及到候檢環(huán)境大氣中氦分壓的影響時,候檢期間密封器件漏孔的漏率為

檢漏前密封器件內(nèi)腔的氦分壓

  式中,qHe為候檢期間密封器件漏孔對氦氣的漏率,pHe為候檢期間密封器件內(nèi)腔的氦分壓,p He,0為候檢環(huán)境大氣中的氦分壓。

  將式(2) 代入真空系統(tǒng)的抽氣方程,得到

檢漏前密封器件內(nèi)腔的氦分壓

  式中,pt2e為壓氦法檢漏前密封器件內(nèi)腔的氦分壓,t 2e為壓氦法的候檢時間。

(3) 檢漏時氦氣經(jīng)過漏孔的測量漏率

  由于檢漏時密封器件處于真空環(huán)境中,分子流下,氦氣經(jīng)過漏孔的測量漏率為

檢漏時氦氣經(jīng)過漏孔的測量漏率

結(jié)論

  (1) 對于壓氦法,不需要考慮地球干潔大氣氦分壓的影響。但是如果候檢環(huán)境大氣氦分壓顯著升高,對于內(nèi)腔有效容積大,且等效標(biāo)準(zhǔn)漏率小的密封器件,會加大測量漏率值,所以壓氦結(jié)束后,被檢器件應(yīng)盡快離開壓氦設(shè)備所在的房間。

  (2) 對于預(yù)充氦法,地球干潔大氣氦分壓會使測量漏率通過極大值后出現(xiàn)極小值,且當(dāng)候檢時間與內(nèi)腔有效容積之比大于100 h/ cm3 時,極小值點仍處于分子流范圍,不能靠粗檢法鑒別,所以需輔以壓氦法復(fù)檢,才能防止漏檢。

  (3) 地球干潔大氣氦分壓會使預(yù)充氦法候檢時間的第一特征點變大,從而擴大了需要輔以壓氦法復(fù)檢的范圍,但第二特征點不變,也不影響壓氦法復(fù)檢的結(jié)果。