氦气101,第1部分:选择痕量气体

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当试图为任何应用程序确定最佳的测试方法时,你可能会面临一系列令人困惑的方法和解决方案,每一个都有自己的警告。

通常,第一个决定是使用空气作为测试介质的传统泄漏测试方法适用于应用。由于这些方法非常成熟,并且在大多数情况下,只能用特征仪器执行,只有代表挑战的工具,它们是尽可能第一选择。

不幸的是,有些案例泄漏测试达到其限制。使用压力衰减测试观察到的压力变化率在很大程度上取决于测试部分的体积和泄漏率。如果泄漏率变得非常小或者部分体积非常大,则压力变化率可能会如此小,但在环境变化(典型温度)引起的压力变化(通常是温度)的情况下,如果不透射不可能,可以对测量进行测量。

这就是基于微量气体的方法的优势所在。

痕量气体泄漏测试方法

基于非痕量气体的泄漏测试方法间接泄漏,通过泄漏的影响(如具有压力衰减泄漏测试的情况而言)。

痕量气体方法,无论是用氦气还是不同的气体/气体混合物,直接测量泄漏 - 它们的目的是确定从被测部分逃逸的材料量作为直接测量。

一旦确定基于痕量气体的方法是最好的(也许)选择,就会立即面临哪个问题,其中天然气最适合给定的应用程序。

几个选择是:
  • 惰性气体中的低浓度氢气
  • 各种制冷剂
  • 六氟化硫化物

在理想的情况下,所选择的痕量气体必须:
  • 与任何物料相对于与(即,它不能与湿润组件进入任何反应)是惰性的
  • 在环境空气中具有非常低的存在
  • 很容易和广泛可用,
  • 是有效的

让我们看看这个灯中的各种选项:

在40年代中期,氦是最早用于泄漏测试的微量气体之一,从那以后,氦一直是首选的气体。它是一种单原子惰性气体,在典型的测试环境中是惰性的,它在地球大气中的含量约为5ppm,从物理/技术角度来看,它是理想的候选气体。

使用氦气,可以检测低至10-10 std.cm3 / sec的泄漏,并且在使用所谓的硬真空法时甚至更低。该方法涉及将测试部分放置在真空室内并使用质谱仪测量零件外部的氦浓度,同时用氦气充电。真空使用氦是最敏感和可重复的泄漏测试方法之一。

当不需要这种高灵敏度时,通过测量围绕部分的闭合室中的氦浓度的升高速度,或者通过使用所谓的嗅探器探针可以使用氦气的升高率或者通过使用泄漏的所谓嗅探探针来测试零件。位于高精度水平。

随着所有这些近乎理想的物理性质,挑战(与大多数好事生活)在商业方面。

可用性和价格成为过去十年的限制因素,因为美国的土地管理局开始处理联邦氦气储备(将于2021年9月完成)。大多数非BLM源供应供应来自地球相对较少的地区发现的某些类型的天然气。随着各种生产者遇到生产和存储问题,价格已经看到了狂野的波动。当某些类型设施可用的氦的数量受到严重限制时,已经存在许多次数,导致配给。

大多数现代氦泄漏探测器都能够检测氢气以及氦气。

尽管它在气态形状的环境空气中的存在低于氦气(约0.6ppm),但其反应性使其在更高浓度下使用困难/不安全。

与氮气或氩气等惰性气体混合,可以在高达5%体积的浓度下使用。
在真空系统中使用氢气具有自身的挑战:在真空室中使用的大多数材料utgas氢气非常长的时间。真空成分表面上的空气中的水蒸气中的氢气和冷凝水也增加了氢浓度,使其过度不稳定以形成基线。

Because of the problems with outgassing, hydrogen is mostly used in atmospheric tests (accumulation and sniffing)—as long as proper care is taken to keep the test area free of residual trace gas (e.g. by removing trace gas from the part at the end of test as much as possible).

其他气体的选择

在几乎可用的气体中,传统的氦质谱仪的泄漏探测器只能感测氢和氦气。当泄漏检测器是残留的气体分析仪(RGA)时,可以使用其他气体如制冷剂或SF6。

这些是全质谱仪,能够分析气体在广泛的原子质量单位。他们非常擅长提供真空系统内气体的定性分析,但获得定量信息可能是一个挑战。

挑战是,大多数这些分析仪最适用于半导体行业或研究。随着系统意味着大多控制的环境,将它们适应工厂地板可能是运行和维护角度的挑战。

RGA传统上主要用于硬真空测试仪,但也可以使用大气模型作为嗅探器。

在结束时

尽管有一些替代方案承诺,但尚未发现在所有情况和情景中普遍接受的氦气尚未找到痕量气体泄漏测试。

减轻这些偶尔供应和定价问题的关键是使用效率氦/气体回收/恢复方法 确保尽可能少的气体在测试循环的排气阶段丢失。

在下一篇文章中,我们将讨论痕量气体测试方法,包括硬真空泄漏测试的替代品,以及需要时。