Описание технологии течеискания с помощью выбранного течеискателя

ПРИМЕР

Течеискатель ПТИ-10 представляет собой высокочувствительный магнитный массспектрометр, настроенный на регистрацию гелия, с автономной системой откачки.

Для качественного проведения процесса испытания на герметичность нужно выполнить несколько этапов:

1. Впустить анализируемый газ в блок ионного источника.

Для этой цели используются натекатели.

2. Ионизировать вещество.

Для этой цели служит накаляемая нить катода, которая, эмитируя электроны, тем самым ионизирует анализируемый газ.

3. Создать ионный пучок.

Ионизированному газу с помощью систем щелей и электрического поля придается скорость и направления движения.

4. Разделить ионный пучок по массам в магнитном поле.

5. Детектировать тестовый газ.

Для этого используется мишень: фотопластинка или электромер с электронным умножителем.

Важным является и наличие вакуума во всей системе масс-спектрометра. Для его обеспечения используются:

- Для создания предварительного вакуума на течеискателях используются малые форвакуумные насосы с производительностью до 50м³/час.

- Компактные и портативные течеискатели могут оснащаться выносными основными или дополнительными форвакуумными насосами.

- Для обеспечения высоких требований к чистоте откачиваемого объема в качестве низковакуумных насосов используются безмасляные: роторные, винтовые, спиральные вакуумные насосы.

- Так как характеристики насосов глубокого вакуума лимитируют чувствительность приборов, то для обеспечения высокого вакуума ставятся турбомолекулярные или диффузионные насосы.

Для проведения испытаний на герметичность вакуумным методом предварительно откачанный испытуемый объем соединяется с масс-спектрометрической камерой течеискателя и обдувается гелием (или помещается в чехол, заполненный гелием). Течь индицируется по увеличению сигнала масс-спектрометра, вызываемому повышением парциального давления гелия в масс-спектрометрической камере. Основным элементом течеискателя является массспектрометрическая камера, содержащая ионный источник и приемник ионов.

Камера помещается между полюсами постоянного магнита. Накаленный вольфрамовый катод ионного источника эмитирует электроны, которые ускоряются в электрическом поле между катодом и коробкой ионизатора. Магнитное поле, действующее вдоль направления движения электронов, фокусирует электроны в узкий пучок, поступающий в коробку ионизатора через отверстие, расположенное под катодом (рисунок 6.1)

1 – молекулярный натекатель; 2 – пучок газа; 3 – выталкивающий электрод; 4 – нагреватель катода; 5 – нить катода; 6 – экран; 7 – область ионизации; 8 – электронный пучок; 9 – анод (ловушка электронов); 10 – термопара; 11 – щель, формирующая электронный пучок; 12 – первая щель ускорителя ионов; 13 – фокусирующая щель; 14 – вторая щель ускорителя ионов, 15 – ионно-оптическая система; 16 – нерегистрируемые ионы; 17 – регистрируемые ионы; 18 – щель коллектора; 19 – коллиматор; 20 – коллектор-регистратор ионов; 21 – к предусилителю_.

Рисунок 6.1 – Схема масс-анализатора

В камере ионизатора электроны сталкиваются с молекулами газа, поступающего в течеискатель из проверяемого объема, и вызывают их ионизацию. Образовавшиеся ионы вытягиваются из камеры ионизации ускоряющим электрическим полем, действующим направлении, перпендикулярном электронному пучку. Поток ионов через выходнуюдиафрагму источника поступает в анализатор.

В анализаторе (анализатором здесь называется область масс-спектрометрической камеры, в которой ионы движутся от источника к коллектору ионов) происходит пространственное разделение ионов по массам под действием постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению движения ионов и заставляющего их двигаться по круговым траекториям. В магнитном поле происходит разделение ионного пучка на ряд отдельных лучей (рисунок 6.2)

.

ИИ – ионный источник; Д – детектор ионов; s₁ и s₂ – входная и выходная щели, В – магнитное поле, перпендикулярное плоскости рисунка, О₁, О, О₂ – центры и r₁, r, r₂ – радиусы окружностей, по которым двигаются ионы М₁+, М+ и М₂+. М₁, М, М₂ – отсепарированные по массе ионы

Рисунок 5.2 – Принципиальная схема разделения пучка ионов в магнитном поле

Анализатор масс-спектрометрической камеры течеискателя 180-ти градусного типа. Траектории ионов в нем от ионного источника к приемнику ионов имеют вид полуокружностей. Анализатор такого типа обладает фокусирующим действием; ионы определенной массы, выходящие из источника расходящимся пучком, вновь собираются в узкий сходящийся пучок в плоскости входной диафрагмы коллектора.

Чтобы на коллектор попадали только ионы гелия, обладающие полным запасом энергии, и отсеивались и задерживались рассеянные ионы, потерявшие часть своей энергии в результате соударения со стенками камеры или с нейтральными молекулами газа, и случайно попавшие на рабочую траекторию, перед коллектором помещают т.н. супрессорную систему. Величина напряжения, подаваемого на супрессор, может меняться в пределах от 40 до 100 В. Коллектор ионов соединен со входом электрометрического каскада усилителя постоянного тока. Для обеспечения высокой чувствительности регистрации предусмотрена электронная компенсация тоновых сигналов, дающая возможность регистрировать сигналы, вызываемые течами, на чувствительных шкалах выходного прибора блока измерения ионного тока. Выбор рабочей шкалы осуществляется в соответствии с уровнем флуктуаций фонового сигнала течеискателя и необходимой чувствительностью регистрируются выходным прибором БИИТ, звуковым и световым индикаторами. Рабочее давление в масс-спектрометрической камере обеспечивается откачной системой. Контроль давления в линии предварительного разрежения и в высоковакуумной объеме течеискателя осуществляется с помощью манометрического преобразователя ПМТ-4М и магнитного электроразрядного преобразователя. Управление вакуумной системой течеискателя при его включении и работе производится с помощью клапанов.

ЛИТЕРАТУРА