9. Методы течеискания.

При изготовлении вакуумных систем из-за пор или трещин в материалах возможно появление течей. Из-за малых размеров дефектов, вызывающих течи, визуально обнаружить их практически невозможно. Для определения места течей разработаны следующие методы течеискания: а) пробного газа; б) высокочастотного разряда; в) люминесцентный; г) радиоизотопный; д) пузырьковый.  

Метод пробного газа получил наиболее широкое распространение. После получения вакуума в испытуемом объекте место, проверяемое на наличие течи, обдувается пробным газом, который вместо воздуха начинает поступать в этот объект. Изменение состава остаточных газов в вакуумной системе можно зарегистрировать с помощью вакуумметра, показания которого зависят от рода газа, или масс-спектрометра, настроенного на пробный газ

  Для предотвращения повышения давления проверяемый объект должен находиться под непрерывной откачкой. Схема испытания показана на рис. 8.7. Источник пробного газа 1 осуществляет локальный обдув внешней поверхности испытуемого объекта 4.  

В вакуумируемом объекте с негерметичной оболочкой разность показаний вакуумметра при изменении давления воздуха и пробного газа

где Q_B И Q_n — потоки воздуха и пробного газа; S_B и S_n — эффективные быстроты откачки насоса в вакуумируемом объекте по воздуху и пробному газу; К_в и К_П — чувствительность измерителя давления по воздуху и пробному газу; R — относительная чувствительность измерителя давления к пробному газу.

Для получения максимального сигнала необходимо так выбирать пробный газ, чтобы произведение R(Q_B/Q_n)(S_B/ S_n) максимально возможно отличалось от единицы.

Отношение потока пробного газа Q_n к потоку воздуха Q_B можно записать в следующем виде:

где U_B и U_n — проводимость течи по воздуху и пробному газу; Δр_в и Δр_п —перепад давления при испытаниях по воздуху и пробному газу. При молекулярном режиме течения газа отношение (8.12) можно преобразовать к виду  

где Т_в и Т_п — температуры воздуха и пробного газа; М_в и М_а — молекулярные массы воздуха и пробного газа.  

9. Измерение парциальных давлений.

Измерители парциальных давлений, как и измерители общих Давлений, характеризуются нижним и верхним пределами измеряемых парциальных давлений, чувствительностью, а также свойственным только им параметром — разрешающей способностью.

Под разрешающей способностью подразумевается отношение М_е к наименьшему различаемому изменению массового числа АМ_е: р_м=М_е/АМ_е.

В зависимости от типа прибора во всем диапазоне изменения массовых чисел могут оставаться постоянными значения р_м, М_е/р_м или М_ер_м- Экспериментально разрешающую способность определяют по масс-спектру. Ширина пика АМ_е измеряется на уровне 10 или 50% высоты пика.

Измерение парциальных давлений в вакуумных системах в настоящее время проводят двумя методами: ионизационным и сорбционным.

Ионизационный метод основан на ионизации и разделении положительных ионов в зависимости от отношения массы иона к его заряду. Можно одновременно или поочередно измерять составляющие ионного тока, соответствующие парциальным давлениям различных газов, присутствующих в вакуумной системе.

Для разделения ионного тока на составляющие используется различие скоростей движения ионов различных газов, прошедших одинаковую разность потенциалов, т. е. обладающих одинаковой энергией: mv2/2=Uq, откуда следует выражение для скорости иона

Скорость иона определяется отношением t_n/q. В большинстве случаев при ионизации газов медленными электронами образуются ионы, имеющие один элементарный положительный заряд, вследствие чего (с приемлемой для большинства измерений точностью) можно считать, что скорости ионов в электрическом поле обратно пропорциональны корню из молекулярной массы газа.

Отношение М_е=М/п_д называют массовым числом иона. Здесь М — молекулярная масса, выраженная в атомных единицах массы (а.е. м.); п_д — число элементарных зарядов; 1 а.е. м. равна V_i6 массы основного изотопа кислорода ¹⁶О. Для однозарядных ионов массовое число совпадает с молекулярной массой иона. Например, для однозарядного иона СО_г+ М_е = 44 а.е. м. В результате измерений ионных токов, соответствующих различным массовым числам, получается масс-спектр (рис. 7.1).