大型真空系統(tǒng)檢漏往往耗時(shí)長、效率低。本文分析了氦氣通過漏孔進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀形成檢漏信號(hào)的規(guī)律，并據(jù)此建立檢漏信號(hào)數(shù)學(xué)模型，確定漏孔的最終穩(wěn)態(tài)泄漏信號(hào)。基于上述分析，提出漏孔漏率的一種快速預(yù)測方法。該方法用于大型真空系統(tǒng)檢漏能準(zhǔn)確預(yù)測被檢部位的漏率，能顯著縮短檢漏時(shí)間，提高檢漏效率。

　　當(dāng)前，大型真空系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、核電及高能物理等領(lǐng)域，為了確保這些系統(tǒng)能順利達(dá)到規(guī)定的真空度（及潔凈度），在合理設(shè)計(jì)真空獲得系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，必須使裝置的泄漏低于允許限值。

　　大型復(fù)雜系統(tǒng)的氦質(zhì)譜檢漏歷來是勞動(dòng)強(qiáng)度大、專業(yè)素質(zhì)要求高、耗時(shí)長而繁瑣的任務(wù)，某些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)�檢漏結(jié)果的準(zhǔn)確性要求也很高。由于大型真空系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間長，所需持續(xù)施氦并監(jiān)測的時(shí)間往往很長。為了實(shí)現(xiàn)漏孔的快速準(zhǔn)確檢測，需采用一種既不影響檢漏靈敏度，又能縮短檢漏時(shí)間、提高檢漏效率的方法。本文分析了檢漏信號(hào)的形成過程、檢漏數(shù)據(jù)變化規(guī)律，建立動(dòng)態(tài)氦質(zhì)譜檢漏信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，基于該模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析推算，提出一種漏率快速準(zhǔn)確檢測的方法。

1、氦質(zhì)譜檢漏信號(hào)分析

　　以單一漏孔（可看作一條粗細(xì)均勻的圓管）的氦泄漏信號(hào)為例，分析檢漏信號(hào)的形成規(guī)律。檢漏儀質(zhì)譜室中氦分壓建立是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程：氦氣通過單一漏孔直接進(jìn)入到檢漏儀，一部分在檢漏儀質(zhì)譜室中建立氦分壓，另一部分被真空系統(tǒng)抽走。氦分壓與單位時(shí)間進(jìn)入質(zhì)譜室的氦氣量、檢漏儀質(zhì)譜室處的氦抽速有關(guān)。當(dāng)初始氦分壓為零或可以補(bǔ)償至零時(shí)，其函數(shù)關(guān)系見式（1）。

圖1 檢漏信號(hào)變化特征曲線

　　公式（1）反映了檢漏儀質(zhì)譜室內(nèi)氦分壓與時(shí)間的關(guān)系，而檢漏儀測量信號(hào)同質(zhì)譜室內(nèi)的氦分壓線性對(duì)應(yīng)，也具有同樣的變化規(guī)律。當(dāng)本底為零時(shí),檢漏信號(hào)與噴氦或充氦后的檢漏時(shí)間有如下關(guān)系：
　　（1）施氦最初t＝0，檢漏信號(hào)為0；
　　（2）檢漏信號(hào)隨噴氦檢漏時(shí)間延續(xù)而增大，檢漏時(shí)間足夠長，即t→∞ 時(shí)測量信號(hào)達(dá)最終穩(wěn)定值，也是最大值QHe/SHe；
　　（3）系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間τ 決定檢漏信號(hào)變化的快慢。檢漏時(shí)間持續(xù)到系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間τ 的3 倍時(shí)，測量信號(hào)將達(dá)到最終穩(wěn)定值的1- e- 3=95%；檢漏時(shí)間持續(xù)到系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的5 倍時(shí)，測量信號(hào)將達(dá)最終穩(wěn)定值的1- e- 5=99%，此后繼續(xù)延長檢漏時(shí)間，測量信號(hào)的增量也不會(huì)超過最終穩(wěn)定值的1％。

　　通常對(duì)檢漏結(jié)果不確定度沒有特殊要求的情況下，為了提高檢漏效率，持續(xù)施氦時(shí)間超過檢漏真空系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間3τ 后，即確定測量信號(hào)已達(dá)到最終穩(wěn)定值的95%以上，則可以讀取檢漏信號(hào)。實(shí)際檢漏過程中，受檢漏系統(tǒng)最小可檢漏率δQ 所限，當(dāng)充氦時(shí)間足夠長以致儀器無法分辨氦泄漏信號(hào)的微小增量時(shí)，檢漏儀就會(huì)以一個(gè)穩(wěn)定的示值輸出。通常情況下該穩(wěn)定示值與漏孔真實(shí)漏率的偏差小于δQ/Q0×100％。也就是說，檢漏結(jié)果同漏孔真實(shí)漏率的偏差不僅與施加示漏氣體后讀取信號(hào)的時(shí)機(jī)有關(guān)，也與系統(tǒng)的最小可檢漏率相關(guān)。根據(jù)密封安全要求，合理確定檢漏方法、搭建檢漏系統(tǒng)并標(biāo)定后，檢漏結(jié)果的精準(zhǔn)度主要取決于持續(xù)供氦后的監(jiān)測時(shí)間[5~6]。

2、漏率快速準(zhǔn)確檢測方法探討

　　基于上述檢漏儀實(shí)測信號(hào)的分析，對(duì)于大空腔抽真空檢漏，檢漏真空系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較長，由公式（1）和圖1 可知，檢漏信號(hào)若要達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定所需持續(xù)供氦與監(jiān)測的時(shí)間很長。為了保證檢漏結(jié)果的準(zhǔn)確性，即便監(jiān)測時(shí)間設(shè)定為3 倍的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，完成檢漏仍將需要很長的時(shí)間。實(shí)際上對(duì)于單一漏孔，其檢漏信號(hào)有典型規(guī)律可循（上節(jié)已作詳細(xì)分析），如果能根據(jù)前期較短時(shí)間的檢漏數(shù)據(jù)及其信號(hào)規(guī)律來預(yù)測出測量信號(hào)的最終穩(wěn)定值，對(duì)被檢漏孔的漏率做出準(zhǔn)確預(yù)估，理論上是完全可行的，從而不必保持很長的供氦及候檢時(shí)間來等待儀器示值最終穩(wěn)定。這種漏率快速檢測方法將顯著提高大空腔抽真空檢漏的效率。

3、應(yīng)用實(shí)例

　　在某大容器整體負(fù)壓檢漏中，因系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較大，該容器上某被檢部位的檢漏信號(hào)呈緩慢上升趨勢。按上述漏率預(yù)測方法，分別取前15 min和35 min 的檢漏數(shù)據(jù)，采用一階指數(shù)衰減函數(shù)模型對(duì)該檢漏信號(hào)擬合，繪制曲線見圖4。其中，L5 為實(shí)測數(shù)據(jù)連線，L6、L7 分別是用前15 min 和35 min 的檢漏數(shù)據(jù)進(jìn)行一階指數(shù)衰減擬合獲得的曲線。

圖4 某大容器實(shí)測檢漏信號(hào)及其擬合曲線

　　由擬合結(jié)果分析可知，按前15 min 和35 min的檢漏數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，求得檢漏信號(hào)（即A1 值分別是652 mV 和658 mV） 同實(shí)際測得檢漏信號(hào)（662mV）之間的相對(duì)偏差均小于2%。根據(jù)擬合與實(shí)測所得的檢漏信號(hào)同標(biāo)準(zhǔn)漏孔校準(zhǔn)信號(hào)比對(duì)，求得被檢部位的最終穩(wěn)定漏率均為1.4×10- 8 Pa·m3/s。

　　這就是說，對(duì)于這種簡單漏孔，在準(zhǔn)確掌握其檢漏信號(hào)形成規(guī)律的前提下，根據(jù)前15 min 的檢漏數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確預(yù)知其實(shí)際漏率；持續(xù)延長泄漏監(jiān)測的時(shí)間，檢漏最終結(jié)果的準(zhǔn)確性改善程度有限。

4、結(jié)束語

　　根據(jù)上述理論分析、實(shí)驗(yàn)研究及實(shí)際應(yīng)用情況，本文提出以下漏率快速準(zhǔn)確檢測方法：在能夠準(zhǔn)確掌握漏孔的氦泄漏信號(hào)形成規(guī)律前提下，通過建立其數(shù)學(xué)模型，代入早期足量檢漏數(shù)據(jù)以擬合分析出檢漏信號(hào)的時(shí)間函數(shù)，實(shí)現(xiàn)漏孔漏率的準(zhǔn)確速判。這將顯著提高大型真空系統(tǒng)的負(fù)壓檢漏效率。