Máy phát hiện rò rỉ của máy đo quang phổ khối hoạt động như thế nào

Chúng có thể phát hiện tỷ lệ rò rỉ nhỏ hơn nhiều so với các kỹ thuật không sử dụng thiết bị đặc biệt. Tất cả các phương pháp này đều dựa trên việc sử dụng các khí cụ thể cho mục đích kiểm tra. Sự khác biệt về đặc tính vật lý của các khí kiểm tra này và các khí được sử dụng trong các ứng dụng thực tế hoặc những khí xung quanh cấu hình kiểm tra sẽ được đo bằng máy dò rò rỉ. Ví dụ, điều này có thể là độ dẫn nhiệt khác nhau của khí kiểm tra và không khí xung quanh.

Tuy nhiên, phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là phát hiện bằng cách sử dụng heli làm khí kiểm tra.

Chức năng của hầu hết các máy dò rò rỉ dựa trên thực tế là việc kiểm tra được thực hiện với khí kiểm tra đặc biệt, tức là với một môi trường khác với môi trường được sử dụng trong hoạt động bình thường. Ví dụ, kiểm tra rò rỉ có thể được thực hiện bằng heli, được phát hiện bằng máy đo quang phổ khối lượng, mặc dù thành phần được kiểm tra có thể, ví dụ, là máy tạo nhịp tim có các thành phần bên trong được bảo vệ khỏi sự xâm nhập của dịch cơ thể trong quá trình vận hành bình thường. Chỉ riêng ví dụ này làm rõ rằng các đặc tính dòng chảy khác nhau của thử nghiệm và môi trường làm việc cần được xem xét. 

Phát hiện khí kiểm tra bằng máy đo quang phổ khối lượng là phương pháp phát hiện rò rỉ nhạy cảm nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành.

Máy dò rò rỉ của máy đo quang phổ khối lượng (còn gọi là MSLD) được phát triển cho mục đích này cho phép đo lường định lượng tỷ lệ rò rỉ trong phạm vi mở rộng trên nhiều công suất của mười ( xem Loại ròrỉ và tỷlệ ) trong đó giới hạn dưới ≈ 10 ^-12 mbar · l/s, do đó cho phép chứng minh tính thấm khí vốn có của chất rắn khi heli được sử dụng làm khí thử nghiệm. 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 dò đã được chứng minh là đặc biệt thiết thực. Việc phát hiện heli bằng máy đo quang phổ khối lượng hoàn toàn rõ ràng. Helium trơ hóa học, không cháy nổ, không độc hại, có trong không khí bình thường ở nồng độ chỉ 5 ppm và khá tiết kiệm chi phí.

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, mặc dù thiết bị này được sử dụng ít thường xuyên hơn do thiết kế phức tạp và phức tạp hơn (đặc biệt là do nguồn điện cho cảm biến) 
b) máy đo quang phổ từ trường 180°, chủ yếu do thiết kế tương đối đơn giản

Bất kể nguyên tắc chức năng nào được sử dụng, mỗi máy đo quang phổ khối lượng đều bao gồm ba hệ thống con quan trọng về mặt vật lý:

• nguồn ion, 
• Hệ thống phân tách
• và 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 ít nhất là 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 trong chân không.

Do mức chân không tối thiểu là 1 · 10 ^-4 mbar, cần có chân không cao. Bơm phân tử turbo và bơm thô phù hợp được sử dụng trong các máy dò rò rỉ hiện đại. 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. 

Chức năng cơ bản của máy phát hiện rò rỉ và sự khác biệt giữa máy phát hiện rò rỉ và máy đo quang phổ khối lượng có thể được giải thích bằng Hình 5,6. Bản vẽ này cho thấy cấu hình thường gặp nhất để phát hiện rò rỉ bằng phương pháp phun helium ( xem Phát hiện rò rỉ cục bộ ) tại một bộ phận chân không. Khi heli phun được hút vào thành phần thông qua rò rỉ, nó sẽ được bơm qua bên trong bộ phát hiện rò rỉ đến ống xả, nơi nó lại rời khỏi bộ phát hiện. Giả sử rằng chính máy dò không bị rò rỉ, lượng khí chảy qua mỗi đoạn đường ống (tại bất kỳ điểm mong muốn nào) mỗi đơn vị thời gian sẽ không đổi bất kể mặt cắt ngang và đường dẫn của đường ống. Điều sau áp dụng cho đầu vào vào cổng bơm tại bơm chân không: 

Trong trường hợp này, lượng khí trên mỗi đơn vị thời gian là tỷ lệ rò rỉ được tìm kiếm; không thể sử dụng tổng áp suất, mà chỉ sử dụng tỷ lệ đối với heli hoặc áp suất một phần đối với heli. Tín hiệu này được cung cấp bởi máy đo quang phổ khối lượng khi nó được thiết lập cho số nguyên tử 4 (helium). Giá trị cho S _eff là một hằng số cho mỗi loạt máy dò rò rỉ, cho phép sử dụng bộ vi xử lý để nhân tín hiệu đến từ máy đo quang phổ khối lượng với một hằng số và hiển thị trực tiếp tỷ lệ rò rỉ.