Nguyên tắc hoạt động của máy dò rò rỉ với máy đo quang phổ khối lượng là gì

Máy dò rò rỉ MS (Máy đo quang phổ khối lượng) được phát triển cho mục đích này cho phép đo định lượng tỷ lệ rò rỉ trong phạm vi mở rộng trên nhiều công suất mười. Giới hạn dưới nằm trong khoảng 1·10 ^-12 mbar·l/s. Điều này thậm chí cho phép đo định lượng luồng khí vốn có thông qua các chất rắn (thẩm thấu).

Về nguyên tắc, có thể phát hiện tất cả các khí bằng phương pháp quang phổ khối lượng. Trong tất cả các tùy chọn có sẵn, việc sử dụng heli làm khí kiểm tra đã được chứng minh là đặc biệt thiết thực. Helium là:

• có thể phát hiện rõ ràng bằng máy đo quang phổ khối,
• trơ hóa học,
• Không nổ
• không độc hại,
• có trong không khí bình thường ở nồng độ chỉ 5 ppm ( = 5 · 10 ^-4 % thể tích ) và khá tiết kiệm.

Hai loại máy đo quang phổ khối lượng được sử dụng trong MSLD có sẵn trên thị trường:
a) máy đo quang phổ bốn cực
b) Máy đo quang phổ trường khu vực 180° (do thiết kế đơn giản).

Mỗi máy đo quang phổ khối lượng bao gồm ba cụm chi tiết cơ bản:

• nguồn ion,
• Hệ thống phân tách
• bẫy ion.

Các ion phải có khả năng di chuyển dọc theo đường đi từ nguồn ion và qua hệ thống tách đến bẫy ion, trong phạm vi lớn nhất có thể mà không va chạm với các phân tử khí. Đường dẫn này khoảng 15 cm đối với tất cả các loại máy đo quang phổ và do đó yêu cầu chiều dài đường dẫn tự do trung bình là

ít nhất 60 cm, tương ứng với áp suất khoảng 1·10 ^-4 mbar; nói cách khác, máy đo quang phổ khối lượng sẽ chỉ hoạt động ở chân không cao. Trong các máy dò rò rỉ hiện đại, bơm phân tử turbo được sử dụng để tạo ra chân không cao.

Liên quan đến các nhóm thành phần riêng lẻ là các hệ thống cung cấp điện và điện tử và phần mềm cần thiết, thông qua bộ vi xử lý, cho phép mức độ tự động hóa cao nhất có thể trong trình tự vận hành, bao gồm tất cả các quy trình điều chỉnh và hiệu chuẩn cũng như hiển thị giá trị đo được.

Hình trên được cung cấp để giải thích nguyên tắc hoạt động của máy dò rò rỉ với máy đo quang phổ khối lượng: Bản vẽ này cho thấy cấu hình thường gặp nhất để phát hiện rò rỉ bằng phương pháp phun khí kiểm tra tại một bộ phận chân không (= đối tượng kiểm tra).

Nếu khí xâm nhập vào bộ phận thông qua rò rỉ, khí sẽ được bơm qua bên trong bộ phát hiện rò rỉ đến cổng ra, nơi khí sẽ rời khỏi bộ phát hiện một lần nữa. Giả sử rằng bộ phát hiện rò rỉ được niêm phong đúng cách, lưu lượng khí q luôn giống nhau ở bất kỳ điểm nào giữa đầu vào và đầu ra của bộ phát hiện rò rỉ. Các điều sau áp dụng trực tiếp tại cổng bơm của bơm chân không:

với: 

• p = Áp suất đầu vào trực tiếp tại cổng bơm của bơm chân không tính bằng mbar
• S = Tốc độ bơm của bơm chân không trực tiếp tại cổng bơm của bơm chân không theo l/giây

Ở bất kỳ vị trí x nào khác, điều sau đây được áp dụng khi tính đến tổn thất đường dây:

với: 

• p_x = áp suất tại vị trí x tính bằng mbar
• S_x = tốc độ bơm của bơm chân không tại vị trí x tính bằng l/giây (S_x < S !)

Phương trình trên áp dụng cho tất cả các khí được bơm bởi bơm chân không và do đó cũng áp dụng cho khí kiểm tra TG (ví dụ: TG = heli).

Tại máy đo quang phổ khối lượng (x = MS), các điều sau áp dụng:

Trong trường hợp này, luồng khí kiểm tra q_TG bằng tỷ lệ rò rỉ qL đang tìm kiếm. Cần lưu ý rằng, trong trường hợp phương trình trên, áp suất khí kiểm tra một phần p _{MS, TG} hiện diện tại máy đo quang phổ khối lượng.

Giá trị đo cho p _{MS, TG} được cung cấp bởi máy đo quang phổ khối lượng phải được đặt theo khối lượng M của khí kiểm tra (ví dụ: M = 4 cho TG = heli). Giá trị của SMS, TG là một hằng số được xác định trong thí nghiệm cho mỗi bộ phát hiện rò rỉ.

Giá trị p _{MS, TG} được cung cấp bởi máy đo quang phổ được nhân với giá trị S _{MS, TG} được lưu trữ trong bộ vi xử lý của máy phát hiện rò rỉ. Kết quả của hệ số nhân này sau đó được hiển thị dưới dạng tỷ lệ rò rỉ q_L.