直流與逆流測漏儀如何運作？

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圖 5.12 全流與逆流測漏儀

圖 5.12 顯示兩種測漏儀類型的真空示意圖。在這兩種情況下，質譜儀都透過包含渦輪分子幫浦與迴轉葉片幫浦的高真空幫浦系統抽真空。左圖顯示直流測漏儀。來自進氣口的氣體透過冷阱進入光譜儀。它實際上相當於一個冷凍幫浦，其中所有蒸氣與其他污染物都會凝結。(過去的冷阱也可有效防止當時使用的擴散幫浦的油蒸氣)。輔助粗真空幫浦系統可用於將要測試的元件預先抽真空，或測漏儀與要測試系統之間的連接器線。當進口壓力相對較低 (幫浦時間！) 時，輔助幫浦系統與冷阱之間的閥門將開啟，以進行測量。方程式 5.4b 中使用的 S_eff 是離子源位置處渦輪分子幫浦的幫浦速度：

(5.5a)

若為直流測漏儀，可透過降低幫浦速度來提高靈敏度，例如透過在渦輪分子幫浦與冷阱之間安裝節流閥。這也用於達到最大靈敏度。

範例

氦氣的最小可偵測分壓為：
p_min,He = 1 · 10^-12 mbar。氦氣的幫浦速度為
She_He = 10 l/s。那麼，最小可偵測的洩漏率為
Q_min = 1 · 10^-12 mbar · 10 l/s = 1 · 10^-11 mbar · l/s。如果幫浦速度現在降低到 1/s，單位為 l/s，則為 1 l/s，那麼最小可偵測洩漏率為 1 · 10^12 mbar · l/s。但是，必須記住，隨著靈敏度的增加，試樣達到穩定測試氣體壓力的時間常數將相應增大 (參見下文)。

在圖 5.12 中，右圖顯示逆流測漏儀的示意圖。質譜儀、高真空系統以及輔助粗真空幫浦系統與直流裝置的配置完全一致。但是，要檢查氣體的饋入會在粗真空幫浦與渦輪分子幫浦之間連接。閥門開啟之後，到達此分支點的氦氣將導致渦輪分子幫浦與質譜儀中的氦氣壓力增加。方程式 5.4b 中插入的幫浦速度 S_eff 是分支點處迴轉葉片幫浦的幫浦速度。在此建立的氦氣分壓 (由渦輪分子幫浦的氦氣壓縮係數降低) 會在質譜儀上測量。調解逆流測漏儀中渦輪分子幫浦的速度，以便幫浦壓縮也保持恆定。方程式 5.5b 衍生自方程式 5.5a：

(5.5b)

S_eff = 分支點處迴轉葉片幫浦的有效幫浦速度
K = 渦輪分子幫浦的氦氣壓縮係數

逆流測漏儀對自動真空裝置來說是一個特別的好處，因為有一個可明確測量的壓力可開啟閥門，即渦輪分子幫浦的粗真空壓力。由於渦輪分子幫浦具有非常大的壓縮能力，與輕測試氣體氦氣 (M = 4) 相比，高質量、重分子在實踐中無法達到質譜儀。因此，渦輪分子幫浦為質譜儀提供理想的保護，進而消除了對 LN₂ 冷阱的需要，這對使用者而言無疑是最大優勢。歷史上，逆流測漏儀是後來開發的。這在一定程度上是由於幫浦速度穩定性不足，在很長一段時間內，這對於在此使用的迴轉葉片幫浦來說是不夠的。針對這兩種類型的測漏儀，固定裝置都使用內建輔助幫浦來協助排空測試埠。由於重量原因，針對可攜式測漏儀，可能需要提供單獨的外部幫浦。

分流操作

圖 5.13 分流原理

若真空容器的尺寸或洩漏導致無法將試樣抽真空至必要的進口壓力，或者抽真空的時間過長，則必須使用輔助幫浦。在此情況下，氦氣測漏儀根據所謂的「分流」概念運作。這表示，從測試物體抽取的大部分氣體通常會透過額外的尺寸合適的幫浦系統排出，以便只有一部分氣流達到氦氣測漏儀 (見圖 5.13)。氣流的分流根據分支點處的幫浦速度進行。以下內容適用：

(5.6)

其中 g γ (而非 g！) 被視為分流比，即在偵測器中顯示之總漏流的分數。若分流比未知，g γ (而非 g！) 可透過真空容器中連接的參考洩漏來確定：

(5.7)

連接至真空系統

分流概念通常用於將氦氣測漏儀連接至具有多級段真空幫浦組的真空系統。當考慮最佳連接位置時，必須記住，這些通常是小型可攜式裝置，其連接法蘭處的幫浦速度很低(通常小於 1 l/s)。這使得估計可偵測的洩漏率變得更加重要，例如根據幫浦速度為 12000 l/s 的擴散幫浦預計分流比。在具有高真空與魯式幫浦的系統中，最可靠的選擇是在迴轉葉片幫浦與魯式幫浦之間連接測漏儀，或在魯式幫浦與高真空幫浦之間連接測漏儀。如果此處的壓力大於測漏儀的容許進口壓力，則必須透過計量 (可變洩漏) 閥連接測漏儀。當然，必須提供合適的連接器法蘭。建議從一開始就在此位置安裝閥門，以便在需要時可以快速連接測漏儀 (在系統運轉時)，且在開啟閥門時可以立即開始測漏。為了避免此閥門意外開啟，在正常真空系統操作期間，應使用空白法蘭將其密封。

第二種耦合到大型系統的方法 (例如用於從發電站的渦輪機中去除空氣的系統) 是在排放口處耦合。會在系統中插入嗅探裝置，將其排放到大氣中。然後，人們會嗅到排氣中氦氣濃度的增加。但是，如果未與排氣緊密連接，則此應用的偵測限制將限制為 5 ppm (空氣中的自然氦氣含量)。許多測漏儀都具有可減去自然背景的零函數，因此可以發現更低的洩漏率。在發電廠中，將探針尖端以與頂部約 45 ° 的角度插入 (水環) 幫浦的卸油管路 (通常向上)。