一种快速准确获取真空氦质谱检漏系统反应时间的方法研究

发布时间：2019-07-15 20:39

【摘要】：真空系统反应时间的准确获取对容器预抽真空、检漏信号读取、换气效率分析等有重要意义。本文分析了氦质谱检漏信号动态变化规律,运用最小二乘法线性回归原理,开展了检漏系统反应时间的获取方法研究,并通过编写软件实现了反应时间的快速获取,解决了在未知检漏系统体积与实际抽速的情况下,反应时间的获取问题。为进一步验证该方法的准确性,分别设计了不同体积的真空系统,开展了反应时间测量实验与研究,测得体积为6.19,11.61,19.88和40.78 L的真空系统反应时间分别为7.25,14.26,24.49,40.63 s,各线性相关系数均达到了0.99以上,数据重复性、线性度好,准确性高。研究表明,该方法可有效、快速、准确的获取反应时间,为检漏信号稳定时机的判断提供科学依据。
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图片说明：第5期陈涛等:一种快速准确获取真空氦质谱检漏系统反应时间的方法研究或测量的方法，或准确性不高;或需借助专业软件;不能快速获取，所以为现场应用带来很大不便［5－8］。为此，本文针对真空氦质谱检漏系统反应时间的准确快速获取方法开展了研究。基于数理学最小二乘法原理，并通过编写软件实现了反应时间准确获取，对提高检漏效率和检漏结果的可靠性具有一定的应用价值。1氦质谱检漏信号动态变化规律分析以单一漏孔的氦泄漏信号为例，，分析检漏信号的动态变化规律。如图1，由检漏仪与被检密封件构成的检漏系统。图1真空氦质谱检漏系统结构图Fig.1Schenmaticdiagramoftheexperimentalsetup在对真空系统施加氦气过程中，氦气通过漏孔直接进入到真空系统。以施加氦气时刻为0时刻t，在t→t+dt时间内，进入真空系统中的氦气总量为QHedt，并在质谱室中建立氦分压pHe。其中一部分被真空系统抽走，对应的氦量为pHeSHedt;另一部分VdpHe留在真空系统中。根据改动太规律，可建立氦分压动态变化的过程如式(1)所示pHe=QHeSHe(1－e－SHeVt)(1)式中，pHe为检漏系统的氦分压，Pa;SHe为真空系统对氦的抽速，m3/s;QHe为单位时间内进入检漏仪质谱室的氦气量，即漏孔的漏率，Pa·m3/s。从式(1)可看出，氦分压与单位时间进入质谱室的氦气量、检漏系统的氦抽速有关;而氦分压变化的快慢与检漏系统的抽速和容器有关。式(1)氦分压的变化规律如图2所示。令τ=V/SHe为系统反应时间。当t到达1倍反应时间(t=τ)时，氦分压为稳态值的63.2%(即0.632QHe/SHe)［4，9］，当t即t→∞时测量信号达最终稳态值，也是最大值QHe/SHe。当t到达3倍反应
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图片说明：幸徊糠?被真空系统抽走，对应的氦量为pHeSHedt;另一部分VdpHe留在真空系统中。根据改动太规律，可建立氦分压动态变化的过程如式(1)所示pHe=QHeSHe(1－e－SHeVt)(1)式中，pHe为检漏系统的氦分压，Pa;SHe为真空系统对氦的抽速，m3/s;QHe为单位时间内进入检漏仪质谱室的氦气量，即漏孔的漏率，Pa·m3/s。从式(1)可看出，氦分压与单位时间进入质谱室的氦气量、检漏系统的氦抽速有关;而氦分压变化的快慢与检漏系统的抽速和容器有关。式(1)氦分压的变化规律如图2所示。令τ=V/SHe为系统反应时间。当t到达1倍反应时间(t=τ)时，氦分压为稳态值的63.2%(即0.632QHe/SHe)［4，9］，当t即t→∞时测量信号达最终稳态值，也是最大值QHe/SHe。当t到达3倍反应时间，氦分压为稳态值的95%，当t到达5倍反应时间，氦分压为稳态值的99%。由此可知，检漏信号的稳定时机应在系统5倍反应时间之后。图2检漏系统氦分压上升变化过程曲线图Fig.2TimeevolutionofheliumpartialpressureinHe-in-jectioninleakdetection同理，在停止施加氦气后，检漏系统氦分压会逐渐下降，其中一部分被真空系统抽走，另一部分留在真空系统中。可得氦分压的动态过程如式(2)所示pHe=QHeSHee－SHeVt(2)氦分压动态变化曲线如图3所示。从图3可看出，当t到达1倍反应时间(t=τ)时，氦分压下降到初始值的36.8%;当t到达3倍反应时间，氦分压为稳态值的5%;当到达5倍反应时间后，氦分压信号下降到初始值的1%，已基本趋于稳定。所以，氦分压下降的变化规律与上升的变化过程类似，均与反应时间有关。从式(1)和式(2)可看出，检漏系统氦分压动态上升或下
【作者单位】：重庆大学机械传动国家重点实验室;西北核技术研究所;
【分类号】：TB774

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