培训系列之8质谱原理与真空检漏课件

培训系列之培训系列之8质谱原理与质谱原理与真空检漏真空检漏2022/10/6培训系列之8质谱原理与真空检漏真空技术真空技术o一.真空技术概况（巴德纯）o二.真空工程理论基础（张世伟）o三.干式真空泵原理与技术基础（巴德纯）o四.真空系统组成与设计基础（刘坤）o五.真空获得设备原理与技术基础（张以忱）o六.真空测量技术基础（刘玉岱）o七.真空镀膜技术基础（张以忱）o八.质谱原理与真空检漏（刘玉岱）o九.真空冶金技术基础（王晓冬）o十.真空与低温技术及设备（徐成海）东北大学第八期东北大学第八期培训系列之培训系列之培训系列之8质谱原理与真空检漏真空检漏真空检漏o1 1 检漏概述检漏概述o2 2 检漏方法检漏方法o3 3 检漏仪检漏仪培训系列之8质谱原理与真空检漏1 1 检漏概述检漏概述o o1.1 1.1 1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性o o1.2 1.2 1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法o o1.3 1.3 1.3 1.3 漏孔气流特性漏孔气流特性漏孔气流特性漏孔气流特性o o1.4 1.4 1.4 1.4 最大允许漏率的估算最大允许漏率的估算最大允许漏率的估算最大允许漏率的估算o o1.5 1.5 1.5 1.5 对检漏方法的要求和选择对检漏方法的要求和选择对检漏方法的要求和选择对检漏方法的要求和选择o o1.6 1.6 1.6 1.6 检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念检漏技术中的几个概念培训系列之8质谱原理与真空检漏1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性o 理想的真空室应永远保持它同抽气真空系统理想的真空室应永远保持它同抽气真空系统断开时的真空度断开时的真空度(压力压力)。而实际上，任何真空室。而实际上，任何真空室在离开抽气系统之后，其压力总要上升。压力的在离开抽气系统之后，其压力总要上升。压力的升高是由于漏孔的漏气、室壁表面放气和通过室升高是由于漏孔的漏气、室壁表面放气和通过室壁材料渗透进入的气体产生的。壁材料渗透进入的气体产生的。o 从物理过程来看，真空系统就是在一面抽气从物理过程来看，真空系统就是在一面抽气一面漏气的条件下工作的，两者最后达到动态平一面漏气的条件下工作的，两者最后达到动态平衡。因此，要想得到较低的极限压力，应尽量提衡。因此，要想得到较低的极限压力，应尽量提高有效抽速，并降低漏气率。在有效抽速高有效抽速，并降低漏气率。在有效抽速定时，定时，降低漏气率就成为关键的了。降低漏气率就成为关键的了。培训系列之8质谱原理与真空检漏1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性o 真空系统和真空容器的漏气，是由各种各样微小真空系统和真空容器的漏气，是由各种各样微小漏隙造成的。金属系统多发生在焊缝、可拆卸部位和漏隙造成的。金属系统多发生在焊缝、可拆卸部位和材料缺陷之处（如铸件和板材的气孔、裂缝和夹渣等）材料缺陷之处（如铸件和板材的气孔、裂缝和夹渣等）；电真空器件的漏孔多发生在金属；电真空器件的漏孔多发生在金属-玻璃封接、金属玻璃封接、金属-陶瓷封接处。总之，漏气之处是用肉眼看不出来的、陶瓷封接处。总之，漏气之处是用肉眼看不出来的、微小的，必须用一定检漏方法或用一定的检漏仪器才微小的，必须用一定检漏方法或用一定的检漏仪器才能找出。能找出。o 需要指出的是，任何真空系统，即使在设计、加需要指出的是，任何真空系统，即使在设计、加工和安装都非常满意，也不可能作到绝对不漏气。严工和安装都非常满意，也不可能作到绝对不漏气。严格地讲，漏气是绝对的，而不漏气则是相对的，绝对格地讲，漏气是绝对的，而不漏气则是相对的，绝对不漏气是不存在的。我们通常所说的不漏气是不存在的。我们通常所说的“不漏气不漏气”，一，一般是指系统上存在的漏孔的漏率远小于允许的漏率或般是指系统上存在的漏孔的漏率远小于允许的漏率或检漏仪的最高灵敏度而言。检漏仪的最高灵敏度而言。培训系列之8质谱原理与真空检漏1.1 1.1 检漏的意义及其重要性检漏的意义及其重要性o 检漏的任务是：用适当方法迅速判断漏气是否为检漏的任务是：用适当方法迅速判断漏气是否为主要矛盾；确定漏率，以便确定它是否在允许的范围主要矛盾；确定漏率，以便确定它是否在允许的范围内；选择合适的检漏方法并找出漏孔的确切位置，以内；选择合适的检漏方法并找出漏孔的确切位置，以便进行修补。便进行修补。o 应当指出，只有当系统上所有漏孔的总漏率超出应当指出，只有当系统上所有漏孔的总漏率超出允许的漏率值时，才进行漏孔的定位工作。系统上虽允许的漏率值时，才进行漏孔的定位工作。系统上虽有漏孔，但其总漏率在允许值之内时，一般便不必对有漏孔，但其总漏率在允许值之内时，一般便不必对漏孔进行定位。然而在个别情况下，除了规定总漏率漏孔进行定位。然而在个别情况下，除了规定总漏率不得超过允许值之外，还规定单个漏孔的漏率不得超不得超过允许值之外，还规定单个漏孔的漏率不得超过某一特定值。只要某一漏孔的漏率超出了该特定值，过某一特定值。只要某一漏孔的漏率超出了该特定值，就必须将这一漏孔找出并加以修补。就必须将这一漏孔找出并加以修补。培训系列之8质谱原理与真空检漏1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法 o 实际的真空系统，如果实际的真空系统，如果抽不到预定的极限真空，这抽不到预定的极限真空，这里面原因有三：泵工作不良，里面原因有三：泵工作不良，即有效抽速不够；放气以及即有效抽速不够；放气以及漏气。必须首先排除前两个漏气。必须首先排除前两个原因，才能去找漏孔。原因，才能去找漏孔。o 通常以静态升压法来找出哪种因素起主导作用。即通常以静态升压法来找出哪种因素起主导作用。即把容器抽到一定压力后，将阀门关闭，让容器与泵隔开，把容器抽到一定压力后，将阀门关闭，让容器与泵隔开，然后测量容器中的压力变化，给出压力然后测量容器中的压力变化，给出压力时间曲线。由时间曲线。由于容器的漏气与出气情况不一样，所以曲线也不一样，于容器的漏气与出气情况不一样，所以曲线也不一样，如上图所示。如上图所示。培训系列之8质谱原理与真空检漏1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法 o(1)(1)直线直线a a，压力保持不变，说明既不漏气也不放气。容器，压力保持不变，说明既不漏气也不放气。容器真空度抽不上去的原因是泵工作不良造成的。真空度抽不上去的原因是泵工作不良造成的。o(2)(2)曲线曲线b b，压力开始上升较快，而后上升速度惭渐减慢呈，压力开始上升较快，而后上升速度惭渐减慢呈现水平态。这说明主要是放气，因为不论是蒸气源的放气现水平态。这说明主要是放气，因为不论是蒸气源的放气或材料放气，在达到一定的压力后都有饱和的趋势。如果或材料放气，在达到一定的压力后都有饱和的趋势。如果是蒸汽，最后达到其饱和蒸汽压。是蒸汽，最后达到其饱和蒸汽压。o(3)(3)斜线斜线c c，压力直线上升，这说明是漏气。漏气率正比于，压力直线上升，这说明是漏气。漏气率正比于内外压力差。外部是大气压，内部压力很低，后者与前者内外压力差。外部是大气压，内部压力很低，后者与前者相比可忽略不计故漏气率就正比于大气压，是一常数，相比可忽略不计故漏气率就正比于大气压，是一常数，压力呈直线上升。压力呈直线上升。o(4)(4)曲线曲线d d，压力开始上升很快后来变得较慢，但不出现，压力开始上升很快后来变得较慢，但不出现饱和迹象。这是曲线饱和迹象。这是曲线b b和曲线和曲线c c的叠加，即同时存在放气和的叠加，即同时存在放气和漏气。曲线漏气。曲线d d的前部分由于放气作用使之呈曲线；而后部分的前部分由于放气作用使之呈曲线；而后部分仅由于漏气作用仅由于漏气作用(此时放气已达饱和此时放气已达饱和)，所以呈直线。，所以呈直线。o在判定确实有漏气之后就可着手找漏孔的位置。在判定确实有漏气之后就可着手找漏孔的位置。培训系列之8质谱原理与真空检漏1.2 1.2 漏气判断和漏孔表示法漏气判断和漏孔表示法 o 真空技术中所指的漏孔是极其微小的。漏孔截面形真空技术中所指的漏孔是极其微小的。漏孔截面形状不规则，漏气路径也各式各样。漏孔的大小是不可能状不规则，漏气路径也各式各样。漏孔的大小是不可能也没有必要以漏孔的几何尺寸表示，因为漏孔的最本质也没有必要以漏孔的几何尺寸表示，因为漏孔的最本质属性就是漏气，即在压力差作用下，有气体通过它流动。属性就是漏气，即在压力差作用下，有气体通过它流动。所以，真空技术中用漏孔漏率表示漏孔的大小。所以，真空技术中用漏孔漏率表示漏孔的大小。o 漏孔漏率定义：露点低于漏孔漏率定义：露点低于2525的空气，入口压力的空气，入口压力为标准大气压（为标准大气压（10105 55105103 3PaPa），出口压力低于），出口压力低于10103 3 Pa Pa，温度为，温度为233 233 时，空气通过漏孔的流量为漏孔漏率。时，空气通过漏孔的流量为漏孔漏率。o 漏孔漏率量纲与流量相同，单位为漏孔漏率量纲与流量相同，单位为PamPam3 3s s-1-1。o 实际上，我们所使用的真空系统大多数是满足或接实际上，我们所使用的真空系统大多数是满足或接近漏孔漏率定义所规定的条件。如果不满足上述条件近漏孔漏率定义所规定的条件。如果不满足上述条件(如：环境温度变化、压差不是标准大气压或使用空气如：环境温度变化、压差不是标准大气压或使用空气以外的气体以外的气体)时就必须对漏率加以修正。时就必须对漏率加以修正。培训系列之8质谱原理与真空检漏1.3 1.3 漏孔气流特性漏孔气流特性 o 出于漏孔很微小，漏孔两端的压差很大，气出于漏孔很微小，漏孔两端的压差很大，气体通过漏孔的过程是很复杂的，其中包括粘滞流、体通过漏孔的过程是很复杂的，其中包括粘滞流、过渡流和分子流三种流动状态。为了使问题简化，过渡流和分子流三种流动状态。为了使问题简化，可以假定漏孔为一圆截面的毛细管。其流导可用可以假定漏孔为一圆截面的毛细管。其流导可用克努曾半经验公式进行计算。克努曾半经验公式克努曾半经验公式进行计算。克努曾半经验公式不适用湍流，却适用于粘滞流、过渡流和分子流，不适用湍流，却适用于粘滞流、过渡流和分子流，但要求压差不能太大。而漏孔两端压差太大，所但要求压差不能太大。而漏孔两端压差太大，所以克努曾公式不能直接应用，故在圆截面漏孔中以克努曾公式不能直接应用，故在圆截面漏孔中取一微长度元取一微长度元L L，其两端压差为，其两端压差为p p，这样就这样就满足了上述条件，并令漏孔长为满足了上述条件，并令漏孔长为1cm1cm，经分析可，经分析可得到如下结论：得到如下结论：培训系列之8质谱原理与真空检漏1.3 1.3 漏孔气流特性漏孔气流特性 o 当当q qL L1010-6-6 Pam Pam3 3s s-1-1时，此时主要是粘滞流。时，此时主要是粘滞流。o 当当q qL L1010-9-9 Pam Pam3 3s s-1-1时，其流动主要是分子流。时，其流动主要是分子流。o 不同种类气体通过漏孔漏率也不相同。如同不同种类气体通过漏孔漏率也不相同。如同一漏孔的氦漏率与空气漏率的比值，在粘滞流状一漏孔的氦漏率与空气漏率的比值，在粘滞流状态下为态下为o q qL LHeHe/q qLairLairairair/HeHe0.930.93o 在分子流状态下为在分子流状态下为o q qL LHeHe/q qLairLair(M Mairair/M MHeHe)2.72.7o 可见用氦气检漏时，只是对分子流漏孔才会可见用氦气检漏时，只是对分子流漏孔才会有好处。有好处。培训系列之8质谱原理与真空检漏1.4 1.4 最大允许漏率的计算最大允许漏率的计算 o 要求装置或真空系统绝对不漏气不仅是不可要求装置或真空系统绝对不漏气不仅是不可能的，而且也是不合理的。只要漏孔漏率足够小，能的，而且也是不合理的。只要漏孔漏率足够小，即漏入的气体量无害于真空装置或真空系统的正即漏入