氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備故障排除與維護(hù)保養(yǎng)

孫開磊，甄占昌，張聰，姜楠

（火箭軍工程大學(xué)，陜西 西安 710000）

氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備是高精密真空檢漏設(shè)備，其主要功用是對(duì)密封性要求較高部件進(jìn)行檢漏，原理是利用氦氣作為探測(cè)氣體檢測(cè)被檢部件的漏點(diǎn)或總漏率，有檢漏精度高、氦響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，但是其結(jié)構(gòu)與原理復(fù)雜，出現(xiàn)故障后排除難度大，日常使用中需要操作人員精細(xì)維護(hù)保養(yǎng)。

1 設(shè)備原理與組成

氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備利用氦氣作為示蹤氣體，如圖1所示，儀器內(nèi)部的離子源電子經(jīng)加速進(jìn)入電離室,在電離室內(nèi)與殘余氣體分子和經(jīng)被檢件漏孔進(jìn)入電離室的氦氣相互碰撞，使其電離成正離子，這些離子在加速電場(chǎng)作用下進(jìn)入磁場(chǎng)，在洛倫茲力作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，氦氣最終經(jīng)過電離、加速、聚焦全部收集到接收極，在接收極上表現(xiàn)為微弱的電信號(hào)，再經(jīng)過放大器進(jìn)行信號(hào)放大，電路處理轉(zhuǎn)換，顯示出漏率；檢漏設(shè)備主要由機(jī)械泵、渦輪分子泵、質(zhì)譜室及電子學(xué)控制模塊組成，機(jī)械泵主要用來維持分子泵工作時(shí)所需要的前級(jí)真空及對(duì)被檢件的預(yù)抽真空，渦輪分子泵則提供質(zhì)譜室工作時(shí)所需要的高真空，質(zhì)譜室完成氦氣電離與檢測(cè)，電子學(xué)控制模塊主要完成對(duì)各系統(tǒng)的檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理。

2 常見故障分析與排除

氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備在操作中會(huì)碰到諸多故障，下面把工作中的常見故障進(jìn)行總結(jié)與分析。

（1）燈絲無法點(diǎn)亮。燈絲故障主要原因是離子源故障，離子源見圖2，或者高真空故障，當(dāng)離子源燈絲電壓不合格時(shí)，燈絲無法工作，燈絲燒斷的情況也經(jīng)常發(fā)生，排除方法：檢測(cè)儀器右側(cè)的電路燈絲電壓，大約0.5伏左右，如果電壓正常，設(shè)備斷電，拔下離子源插頭，檢測(cè)燈絲的通斷情況，如果通路，說明燈絲完好，如果斷開狀態(tài)，說明燈絲燒壞，打開儀器上面板，找到燈絲轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)化按鈕搬到另一端，激活燈絲，這種方法能夠解決一個(gè)燈絲斷的問題。

圖1 氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備

圖2 離子源

（2）測(cè)量本底高。主要有以下兩個(gè)原因，一是儀器內(nèi)部污染嚴(yán)重，需要對(duì)儀器進(jìn)行清潔；二是儀器所處的環(huán)境氦氣本底高，大量的檢測(cè)氦氣擴(kuò)散到儀器所在的環(huán)境中，導(dǎo)致環(huán)境氦氣含量過多，解決這個(gè)問題，首先對(duì)檢測(cè)空間進(jìn)行通風(fēng)，觀測(cè)本底是否下降，如果下降，說明氦氣泄露，如果本底不發(fā)生變化，說明儀器內(nèi)部污染較嚴(yán)重，及時(shí)對(duì)儀器進(jìn)行內(nèi)部清洗。

（3）高真空不合格。高真空是檢漏設(shè)備必備的基本條件，高真空不合格時(shí)，離子源無法加電，儀器無法檢漏，高真空是由分子泵工作形成的，所以高真空不合格時(shí)，檢查分子泵電源工作是否正常，通過窗口觀測(cè)電源指示燈及分子泵轉(zhuǎn)速，來判斷分子泵轉(zhuǎn)速正常，正常轉(zhuǎn)速為400～700轉(zhuǎn)每秒，低于這個(gè)范圍，可以判斷分子泵故障。

（4）無法調(diào)試氦峰。在儀器開機(jī)正常工作的情況下，調(diào)節(jié)加速與聚焦按鈕，氦峰仍然無法找到，首先檢查加速聚焦電壓是否合格，將萬(wàn)用表接入檢測(cè)口，分別旋轉(zhuǎn)加速聚焦按鈕，觀測(cè)萬(wàn)用表數(shù)值，合格數(shù)值時(shí)，排除電路故障因素，最大的可能是磁場(chǎng)消磁，磁場(chǎng)減弱后，帶電的氦離子不能在預(yù)定軌道發(fā)生偏移，造成氦離子無法到達(dá)收集極，所以無氦信號(hào)。

（5）預(yù)抽真空故障。預(yù)抽真空顯示窗口在20秒內(nèi)無法達(dá)到5帕以下，初步判斷預(yù)抽泵故障，預(yù)抽泵是第一級(jí)真空泵，它抽速快，精度低，主要由電機(jī)及真空泵頭組成，出現(xiàn)故障后，抽氣能力下降，可以維修真空泵頭或更換預(yù)抽泵；有時(shí)由于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)抽泵的電機(jī)與真空泵連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)，發(fā)生刺耳的噪音，排除的方法是更換變形的傳動(dòng)部件，

3 維護(hù)保養(yǎng)

3.1 更換離子源

當(dāng)儀器無氦信號(hào)或信號(hào)偏小時(shí)，燈絲轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換后，離子源仍不工作，排除其它因素，檢測(cè)燈絲電壓為是否為0.5伏左右，電壓正常時(shí)，初步判斷離子源兩個(gè)燈絲都燒斷，需要更換離子源。更換離子源的操作步驟是，如圖3所示，首先斷開總電源，松開分子泵出氣口上的卡箍,對(duì)質(zhì)譜室放入空氣，卡緊卡箍；拔下離子源插頭，用一字螺絲刀對(duì)角卸下離子源的四個(gè)螺絲釘，取出燒壞的離子源，通過觀測(cè)燈絲，如果燈絲燒蝕不嚴(yán)重，可以進(jìn)行保養(yǎng)，繼續(xù)使用，取100毫升燒杯，倒入無水乙醇，把離子源放入浸泡30分鐘，進(jìn)行清洗，取出后用電吹風(fēng)進(jìn)行吹干，可以繼續(xù)使用；燈絲斷的離子源必須進(jìn)行更換，更換后的離子源注意密封圈一并更換或加密封硅脂，防止漏氣。

3.2 清洗質(zhì)譜室

儀器設(shè)備出現(xiàn)靈敏度下降, 達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)漏孔的標(biāo)定值,質(zhì)譜室可能受到污染，質(zhì)譜室如圖4所示，出現(xiàn)儀器靈敏度下降，漏率信號(hào)不穩(wěn)，在排險(xiǎn)其它因素后，可清洗質(zhì)譜室。清洗的步驟，首先在關(guān)閉電源的前提下, 拔下離子源供電插頭和前置放大器供電插頭，為防止人體靜電擊穿放大器，在備件箱中找到前置放大器短路插頭，立即將短路插頭插在前置放大器上；其次分別卸下質(zhì)譜室與開口法蘭的聯(lián)接螺釘，取出帶磁鐵組件的質(zhì)譜室卸下質(zhì)譜室與磁鐵組件連接的3個(gè)固定螺釘，取下磁鋼組件，注意不要將磁鐵放在鋼、鐵板上，以免削弱磁場(chǎng)，取出離子源、放大器、出口縫、全離子檢測(cè)極；用酒精、脫脂棉擦除接地縫、全離子檢測(cè)極和質(zhì)譜室的離子源腔體表面的黑色炭化沉積物，直到呈現(xiàn)金屬本色，用無水乙醇沖洗離子源、放大器、出口縫、全離子檢測(cè)極，并用電吹風(fēng)吹干；最后依據(jù)安裝要求，逆順序裝上全離子檢測(cè)極、出口縫、前置放大器和離子源。

圖3 更換離子源

圖4 質(zhì)譜室

3.3 更換預(yù)抽泵及真空油

預(yù)抽口壓力不達(dá)標(biāo)，進(jìn)行管路密封性檢查，排除管路問題，就要考慮預(yù)抽泵工作能力下降問題，預(yù)抽泵如圖5所示，預(yù)抽泵保養(yǎng)后仍然達(dá)不到壓力要求，需要對(duì)預(yù)抽泵進(jìn)行維修或更換，整體更換預(yù)抽泵時(shí)，首先依據(jù)同型號(hào)進(jìn)行更換，注意檢查預(yù)抽泵減震腳墊，有老化現(xiàn)象一并更換。機(jī)械泵油是預(yù)抽真空的關(guān)鍵設(shè)備，必須及時(shí)進(jìn)行更換，一般運(yùn)行6個(gè)月進(jìn)行更換，更換時(shí)打開放油口，使?jié)櫥土鞲蓛?，注油口加注潔凈的?rùn)滑油，加注高度為油液窗口的1/2處。

3.4 更換放大器

當(dāng)儀器對(duì)氦氣無任何信號(hào)反應(yīng)，離子源工作正常，需要檢查電路及放大器，放大器出現(xiàn)故障，放大器如圖6所示，及時(shí)更換，更換方法，首先斷開總電源，拔下放大器插頭，及時(shí)插上短路插頭，用一字螺絲刀卸下，更換時(shí)，及時(shí)給新的放大器插接短路插頭進(jìn)行更換，防止放大器因人體靜電擊穿損壞。

圖5 預(yù)抽泵

圖6 放大器

4 結(jié)語(yǔ)

氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備維修與保養(yǎng)步驟較為復(fù)雜與精細(xì)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，在詳細(xì)了解其內(nèi)部原理的基礎(chǔ)上，及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行分析判斷，正確排除故障；設(shè)備在使用時(shí)，要注重平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)，只有平時(shí)嚴(yán)格按照保養(yǎng)要求使用，故障發(fā)生率才會(huì)大幅下降。