氦质谱检漏仪的校准方法

氦质谱检漏仪广泛应用于制冷行业、核工业、电子行业、真空行业、电力行业、航空航天等行业。根据其工作原理和技术性能指标，通过实验，总结通过氦质谱检漏仪对其漏率校准的方法。

氦质谱检漏仪的工作原理

氦质谱检漏仪是一种以氦气作为示漏气体专门用于检漏的质谱分析仪器。其基本工作原理是采集被检件中的气体样品并将其电离，根据不同种类气体离子质荷比不同的特点，利用磁偏转分离原理将其区分开来。仪器对其示漏气体氦气有响应信号，而对其他气体没有响应，从而检漏。

氦质谱检漏仪主要由质谱室、真空系统和电气部分等组成。

氦质谱检漏仪的内部一般有标准漏孔，可将标准漏孔拆卸进行校准，如果不能单独校准标准漏孔，就可考虑直接通过氦质谱检漏仪进行漏率部分的校准，本文主要讨论这种情况下氦漏率的校准方法。

氦质谱检漏仪漏率的校准方法

一、环境条件

校准环境温度为(23 ± 5) ℃ ，校准过程中室温变化不超过± 1℃ ，环境相对湿度不大于80% 。

校准设备周围应无明显的温差、气流和强电磁场等外部干扰。

环境温度Z好控制在23℃ 附近，因为标准漏孔的出厂标称漏率对应的环境温度一般为23℃ 。

二、标准器的选择

标准器 采 用 渗 氦 型 标 准 漏 孔，漏 率 标 称 值 在( 10 - 6 ～ 10 - 10 ) Pa·m3 /s，不确定度不大于 10% 。

精密玻璃温度计，测量范围(0 ～ 50) ℃ ，不确定度 U = 0. 04℃ ，k = 2。

三、校准方法

(1) 漏率校准

① 校准系统的组成

校准系统由标准漏孔、截止阀及需校准的氦质谱检漏仪组成。如图 1 所示。

②示值误差

通电预热，待氦质谱检漏仪启动完成后，采用标准漏孔对氦质谱检漏仪进行校准，将一经过校准的标准漏孔接入氦质谱检漏仪系统，运行氦质谱检漏仪，待漏率示值稳定后，可以读出标准漏孔漏率的氦质谱检漏仪示值，同一标准漏孔测量三次，计算氦质谱检漏仪示值平均值，从而得到标准漏孔漏率与氦质谱检漏仪示值平均值的示值误差。结束后，将其他量级的标准漏孔依次按此方法接入氦质谱检漏仪系统进行测试，得到氦质谱检漏仪在每一量级下漏率的示值误差。

如果测试结果有较大编差，可以考虑氦质谱检漏仪的自校功能，待完成后，再用标准漏孔进行测试。

③ 重复性

测量重复性是用实验标准偏差表征的，本校准方法采用极差法来表征重复性。在示值误差测量中，每一标准漏孔用氦质谱检漏仪重复测量三次，可用公式(2)计算氦质谱检漏仪在该漏率下的重复性。

氦质谱检漏仪测量数据处理

(1) 漏率示值误差

①漏率的温度修正

标准漏孔漏率易受温度变化影响，温度对标准漏孔漏率的影响一般为3%/℃ ，所以如果实际环境温度和标准漏孔证书中温度不一致，需要将标准漏孔证书中漏率和标准漏孔漏率的氦质谱检漏仪示值修正至同一环境温度下来计算，并在测试结果中加以说明，修正方法如下:

方法一: 将标准漏孔证书中的漏率修正至实际环境温度下，用标准漏孔证书中的漏率加上或减去温度对标准漏孔漏率的影响系数计算值；

方法二: 将标准漏孔漏率的氦质谱检漏仪示值平均值修正至标准漏孔证书中环境温度下，用标准漏孔漏率的氦质谱检漏仪示值平均值加上或减去温度对标准漏孔漏率的影响系数计算值。

②漏率示值误差计算公式:

式中: Qx —标准漏孔漏率值( Pa·m3/s) ；

Qb —氦质谱检漏仪漏率示值平均值( Pa·m3/s) ；

ΔQ—氦质谱检漏仪漏率示值误差( % ) 。

(2) 漏率重复性计算公式

S = Qmax - Qmin

式中: S—漏率重复性 ( % )；

Qmax —氦质谱检漏仪示值漏率Zda值( Pa·m3 /s)；

Qmin —氦质谱检漏仪示值漏率Z小值( Pa·m3 /s)；

C—极差系数，测量次数 n 为 3 时，C = 1.64；

Qx —标准漏孔漏率( Pa·m3 /s) 。

氦质谱检漏仪测试结果

采用漏率分别为 1.53 × 10Pa·m3 /s、1.89 × 10Pa·m3 /s、6.58 × 10Pa·m3 /s 三只标准漏孔对一台氦质谱检漏仪漏率部分按照上述校准方法进行测试，温度修正后测试数据见表 1。

从测试结果分析，使用标准漏孔通过氦质谱检漏仪直接对其漏率部分进行校准是可行的，数据是可靠的。

结论

此方法对氦质谱检漏仪漏率部分进行校准，方法简单明了，便于实际应用，可操作性强，可以满足氦质谱检漏仪漏率性能和使用要求，保证了氦质谱检漏仪漏率量值准确可靠。