1、摘要

從逆擴(kuò)散型檢漏儀的檢漏過(guò)程出發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)討論分子泵轉(zhuǎn)速對(duì)氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)結(jié)果的影響，并分析產(chǎn)生這種結(jié)果的原因。

分子泵是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動(dòng)量傳輸給氣體分子,使之獲得定向速度,從而被壓縮、被驅(qū)向排氣口后為前級(jí)抽走的一種真空泵。分子泵是獲得高真空和超高真空的關(guān)鍵設(shè)備之一。它被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、表面工程、核能工業(yè)、等離子體技術(shù)、薄膜工程等工業(yè)領(lǐng)域和研究部門(mén)。它操作簡(jiǎn)單、啟動(dòng)時(shí)間短,在分子流區(qū)域內(nèi)對(duì)各種氣體的有效抽速幾乎不變,對(duì)分子量高的氣體壓縮比高,可以獲得清潔無(wú)油的高真空和超高真空環(huán)境。

分子泵是氦質(zhì)譜檢漏儀中獲得高真空重要部,是氦質(zhì)譜檢漏儀中不可或缺關(guān)鍵部件,分子泵性能直接影響檢漏儀性能參數(shù)的好壞,分子泵的發(fā)展直接影響著氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)。本文重點(diǎn)討論分子泵轉(zhuǎn)速對(duì)氦質(zhì)譜檢漏的影響。

2、逆擴(kuò)散型檢漏儀

逆擴(kuò)散型的檢漏儀的檢漏口是連接到高真空泵與低真空泵之間,所以被檢試件的可檢漏壓力就是高真泵的前級(jí)耐壓。如果試件壓力超過(guò)這個(gè)壓力,將使高真空泵不能正常工作。普通渦輪分子泵的前級(jí)耐壓,一般不超過(guò)50Pa,遠(yuǎn)達(dá)不到高壓檢漏的要求。

1980年國(guó)際上出現(xiàn)一種稱之為“復(fù)合型”的分子泵,現(xiàn)今,其前級(jí)耐壓ZUI高已達(dá)2000Pa。這種泵用作氨質(zhì)譜檢漏儀的高真空泵,可直接實(shí)現(xiàn)在高的試件壓力下的檢漏。

如圖1所示,用復(fù)合分子泵構(gòu)成的一種可實(shí)現(xiàn)高壓強(qiáng)下的檢漏儀,其工作過(guò)程如下。

當(dāng)被檢試件抽至1500Pa,V1開(kāi)，氨氣逆擴(kuò)散穿越整個(gè)分子泵進(jìn)入質(zhì)譜室，實(shí)現(xiàn)儀器的逆擴(kuò)散檢漏。若能進(jìn)一步將試件抽至200Pa以下，則V2關(guān)閉，V3打開(kāi)，從泵的中間口逆擴(kuò)散至質(zhì)譜室，若能進(jìn)一步將試件抽至40Pa以下，則V3關(guān)閉，V4打開(kāi)，氨氣從泵的上部逆擴(kuò)散進(jìn)入質(zhì)譜室，或直接進(jìn)入質(zhì)譜室(常規(guī)檢漏）。這種從高壓檢大漏到實(shí)現(xiàn)檢微漏的全自動(dòng)過(guò)程，一氣呵成，不僅效率高，也便于漏率的定量，由于每個(gè)狀態(tài)下的閥門(mén)流導(dǎo)和泵的壓縮比等參數(shù)都是固定不變的，儀器只需1次校準(zhǔn)即可。

3、實(shí)驗(yàn)與分析

氨質(zhì)譜檢漏儀工作在不同的分子泵轉(zhuǎn)速下，在儀器的檢漏口連接標(biāo)漏信號(hào)，檢測(cè)氨質(zhì)譜檢漏儀在不同分子泵轉(zhuǎn)速下，所獲得的信號(hào)值。

實(shí)驗(yàn)器材：

(1)氨質(zhì)譜檢漏儀SFJ-231,1臺(tái)；

(2)滲氨型標(biāo)準(zhǔn)漏孔（3.0×10-10Pa.m3/s),1只；

(3)滲氨型標(biāo)準(zhǔn)漏孔（1.5×10-Pa.m/s),1只；

(4)標(biāo)準(zhǔn)漏孔TL4-6,1只。

實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)開(kāi)啟氨質(zhì)譜檢漏儀；

(2)儀器進(jìn)入檢漏狀態(tài)運(yùn)行2h后；

(3)儀器按下停止鍵，儀器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)(4)進(jìn)入儀器的參數(shù)設(shè)置，將分子泵的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500Hz；

(5)待儀器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)(6) 將滲氦型標(biāo)準(zhǔn)漏孔(3.0×100Pa.mY s) 連接在檢漏口；

(7)檢漏儀按開(kāi)始鍵，檢測(cè)儀器的顯示值，并記錄；

(8)儀器按下停止鍵后按下開(kāi)始鍵，再次檢測(cè)儀器的顯示值，共記錄3次數(shù)據(jù)(9)儀器在待機(jī)狀態(tài)，進(jìn)入儀器的參數(shù)設(shè)置，將分子泵的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000Hz；

(10)重復(fù)7、8步驟；

(11)進(jìn)入儀器的參數(shù)設(shè)置，將分子泵的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500Hz；

(12)在儀器檢漏口連接滲氦型標(biāo)準(zhǔn)漏孔(1.5X 10*Pa.ms)1只；

(13)重復(fù)7、8、9、10步驟(14)進(jìn)入儀器的參數(shù)設(shè)置，將分子泵的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500Hz；

(15)在儀器檢漏口連接標(biāo)準(zhǔn)漏孔TL4-6(16)重復(fù)7、8、9、10步驟。

(16)重復(fù)7、8、9、10步驟。

用于氦質(zhì)譜檢漏儀的分子泵的多為抽速60L/s 左右的小型泵,對(duì)氦氣的壓縮比在1000左右。分子泵的抽速與動(dòng)葉輪的轉(zhuǎn)速有關(guān)，只有動(dòng)葉輪的切向速度與氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)時(shí)才有抽氣能力,且抽速隨轉(zhuǎn)速而增,所以抽速在50~150L/s之間的小型分子泵的轉(zhuǎn)速通常達(dá)到90000~ 40000轉(zhuǎn)/分。

分子泵的另一性能指標(biāo)是,壓縮比，所謂壓縮比是指分子泵的排氣口壓力與進(jìn)氣口壓力之比,壓縮比于轉(zhuǎn)速及分子量的關(guān)系是:

K cx exp[GXu (M) 17]式中:

G為與葉輪幾何形狀有關(guān)的常數(shù);

U為葉輪轉(zhuǎn)速;

M為氣體的分子量。

可見(jiàn)分子量大的氣體壓縮比大。氦質(zhì)譜檢漏儀中,逆擴(kuò)散檢漏正是利用分子泵對(duì)小分子量氦氣的低壓縮比，而且，還通過(guò)降低葉輪轉(zhuǎn)速，降低對(duì)He 的壓縮比,從而提高對(duì)氦氣的響應(yīng)靈敏度。

改變氦質(zhì)譜檢漏儀的分子泵的轉(zhuǎn)速,分子泵的壓縮比會(huì)發(fā)生變化,分子泵的轉(zhuǎn)速由1500Hz改變?yōu)?000Hz,分子泵的壓縮比會(huì)變小，進(jìn)入質(zhì)譜室的氦分壓增加，檢漏儀檢測(cè)到氦信號(hào)會(huì)變大，試驗(yàn)中,檢漏儀在1000Hz下的信號(hào)是1500Hz信號(hào)的3.5倍，也就是說(shuō)分子泵在1500Hz的壓縮比;是1000Hz的3.5倍。

另外分子泵的葉輪是高速旋轉(zhuǎn)的精密件，在分子泵運(yùn)轉(zhuǎn)中，不允許固體雜物落到葉輪上,以避免損壞葉輪。也要防止大氣突然沖入正在運(yùn)轉(zhuǎn)中的分子泵。因?yàn)檫@也有可能損壞葉輪，此外,分子泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,要遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)。

4、結(jié)論

改變氦質(zhì)譜檢漏儀的分子泵轉(zhuǎn)速，檢測(cè)信號(hào)值發(fā)生變化，儀器在運(yùn)行時(shí)，分子泵轉(zhuǎn)速改變后，只要改變漏率信號(hào)的修正系數(shù)，無(wú)需再次定標(biāo)，即可保證檢測(cè)漏率的準(zhǔn)確性。若儀器檢測(cè)信號(hào)時(shí)，信號(hào)值偏小，可以考慮降低儀器的分子泵轉(zhuǎn)速，來(lái)提高檢測(cè)信號(hào)值，提高儀器的檢測(cè)靈敏度。