質譜儀測漏儀如何運作？

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目前，大多數洩漏測試都使用特殊測漏裝置執行。與不使用特殊設備的技術相比，這些技術可以偵測到更小的洩漏率。這些方法都基於使用特定氣體進行測試。這些測試氣體與實際應用中使用的氣體或測試配置周圍氣體的物理特性差異將由測漏儀測量。例如，這可能是測試氣體與周圍空氣的不同導熱性。但是，目前最廣泛使用的方法是偵測用作測試氣體的氦氣。

大多數測漏儀的功能基於以下事實：使用特殊測試氣體進行測試，即使用正常操作中所用介質以外的介質。例如，即使要測試的元件可能是心臟起搏器，其內部元件在正常操作期間應受到保護，以防止體液進入，也可使用氦氣 (使用質譜儀偵測) 進行洩漏測試。僅此範例就清楚地表明，需要考慮測試與工作介質的不同流量特性。

鹵素測漏儀 (HLD 4000, D-Tek)

分子中含有氯與/或氟的氣態化合物 (例如冷媒 R12、R22 與 R134a) 將影響由 KOH 與氫氧化鐵 (III) 混合物浸漬並由外部 Pt 加熱器保持在 1472 F 到 1652 F (800°C 到 900°C) 之表面的鹼離子排放。釋放的離子會流至陰極，在陰極中會測量並放大離子電流 (鹵素二極管原理)。此影響非常大，鹵素的分壓可向下測量到 10^-7 mbar。

過去，此類裝置用於根據真空法進行洩漏測試，現在，由於與 CFC 相關的問題，正在建構更多的嗅探裝置。針對所有裝置，可達到的偵測限制約為 1 · 10^-6 mbar · l/s。根據鹵素二極管原理操作的設備也可以偵測 SF₆。因此，這些嗅探裝置用於確定冷媒是從製冷裝置還是從 SF₆ 類型的開關箱 (充滿消弧氣體) 逸出。

具有質譜儀的測漏儀 (MSLD)

使用質譜儀偵測測試氣體是到目前為止最靈敏的測漏方法，也是工業中使用最廣泛的方法。針對此目的開發的 MS 測漏儀可在十次方的範圍內定量測量洩漏率 (請參閱洩漏類型與洩漏率)，下限 ≈ 10^-12 mbar · l/s，進而可以證明氦氣作為測試氣體使用時固體的固有透氣性。實際上，原則上可以使用質譜分析偵測所有氣體。在所有可用的選擇中，使用氦氣作為追蹤氣體經證實是特別實用的。使用質譜儀偵測氦氣絕對 (!) 是毫不含糊的。氦氣具有化學惰性、非爆炸性，且是無毒的，在正常空氣中的濃度僅為 5 ppm，且非常經濟。商用 MSLD 中使用兩種類型的質譜儀：

a) 四極質譜儀，儘管由於設計更加精密複雜 (尤其是由於傳感器的電源供應)，此類型的使用頻率較低，或
b) 180° 磁扇形場質譜儀，主要由於設計相對簡單。

無論採用哪種功能原理，每個質譜儀都包含三個物理上重要的子系統：離子源、分離系統與離子阱。離子必須能夠在不與氣體分子碰撞的情況下，最大程度地沿著從離子源到分離系統的路徑行進到離子阱。針對所有類型的光譜儀，此路徑總計約為 15 cm，因此需要至少 60 cm 的介質自由路徑長度，對應於約 1 · 10^-4 mbar 的壓力；換句話說，質譜儀只能在真空中運作。由於最低真空度為 1 · 10^-4 mbar，因此需要高真空。現代測漏儀中使用渦輪分子幫浦與合適的粗真空幫浦。與個別元件群組相關聯的是所需電氣與電子供應系統與軟體，這些系統與軟體透過微處理器實現操作順序中最大程度的自動化，包括所有調整、校正例行程序以及測量值顯示。

圖 5.6 測漏儀的基本運作原理

MSLD 的運作原理

測漏儀的基本功能以及測漏儀與質譜儀之間的差異可使用圖 5.6 說明。此草圖顯示在真空元件上使用氦氣噴射法 (請參閱局部測漏) 進行測漏的最常見配置。當噴射的氦氣透過洩漏被吸入元件時，其會透過內部測漏儀抽排至排氣口，然後再次離開偵測器。假設偵測器本身沒有洩漏，無論管路的橫截面與路徑如何，每單位時間內流經每個管節 (在任何所需點) 的氣體量將保持不變。以下適用於進入真空幫浦的幫浦埠：