3. Расчет натеканий в вакуумной системе

По условию течь образовалась в области трещины, размеры которой:

r=6,3 мм, L=7,5мм

Рассчитаем поток через течь при молекулярном режиме:

QМ =

где P2 – давление на входе,

P1 – давление на выходе,

r – радиус канала течи,

T - температура,

М – молекулярная масса газа,

R= 8,31 Дж/моль*К

При вязкостном режиме:

Qвз = )

где r – радиус канала течи,

L – длина канала течи,

η – динамическая вязкость газа (для воздуха η=1,7·Н·с/м2).

Qвз== 0,0024*м3Па/с.

4. Выбор методов течеискания и течеискателя

Масс-спектрометрический метод течеискания находит широ­кое применение всюду, где эксплуатируется вакуумная аппаратура. Применение его, однако, не ограничивается испытанием вакуумного оборудования.

Он оказывается полезным при проверке герметичности отпаянных объёмов вакуумных и невакуумных холодильников и резервуаров, предназначенных для хранения газов под большим давлением, а также для обнаружения течей в подземных трубо­проводах. В зависимости от условий проведения испытаний и кон­структивных особенностей испытуемой аппаратуры приходится пользоваться различными приёмами течеискания; так, существует приём обдувания наружной поверхности откачанного объёма, подсоединённого к течеискателю; метод гелиевой камеры, позволяющий быстро определять общее натекание в объём; метод щупа, связанный с напуском гелия в испытуемую аппаратуру и ощупыванием её наружной поверхности; метод выдержки дета­лей в атмосфере гелия с последующим помещением их в вакуум­ную камеру, соединённую с течеискателем; специальная мето­дика испытания большого количества мелких деталей в массовом производстве и др. .

Чувствительность масс-спектрометрического метода зависит от чувствительности масс-спектрометра, от выбранного метода испытаний, от общего натекания и газоотделения аппаратуры, от качества пробного газа и других факторов. Но принципиальным ограничением чувствительности метода является не чувствитель­ность масс-спектрометра, которая может быть сделана очень большой, а содержание гелия в атмосфере.

Для уверенного обнаружения течи необходимо, чтобы проник­новение гелия через течь приводило к отсчёту выходного прибо­ра течеискателя, по крайней мере в два раза превышающему отсчёт, вызываемый атмосферным гелием. Это значит, что течеискатель способен обнаружить течь, пропускающую такое коли­чество гелия, которое составит 1/200-ую общего потока в ва­куумной системе.

Произведем выбор течеискателя для данного случая. Исходя из того, что поток через течь равен Q=0,0024*м³Па/с, следовательно выбираем масс-спектрометрический течеискатель ПТИ-10 (наименьший регистрируемый поток 7*10^-13м³Па/с).

_{Рис. 9 Течеискатель ПТИ-10}

5. Принцип действия течеискателя

Течеискатель представляет собой высокочувствительный магнитный массспектрометр, настроенный на регистрацию гелия, с автономной системой откачки.Для проведения испытаний на герметичность вакуумным методом предварительно откачанный испытуемый объем соединяется с масс-спектрометрической камерой течеискателя и обдувается гелием (или помещается в чехол, заполненный гелием). Течь индицируется по увеличению сигнала масс-спектрометра, вызываемому повышением парциального давления гелия в масс-спектрометрической камере. Основным элементом течеискателя является массспектрометрическая камера, содержащая ионный источник и приемник ионов.

Камера помещается между полюсами постоянного магнита. Накаленный вольфрамовый катод ионного источника эмиттирует электроны, которые ускоряются в электрическом поле между катодом и коробкой ионизатора. Магнитное поле, действующее вдоль направления движения электронов, фокусирует электроны в узкий пучок, поступающий в коробку ионизатора через отверстие, расположенное под катодом (см. рис.

_{Рис. 9}

В камере ионизатора электроны сталкиваются с молекулами газа, поступающего в течеискатель из проверяемого объема, и вызывают их ионизацию. Образовавшиеся ионы вытягиваются из камеры ионизации ускоряющим электрическим полем, действующим направлении, перпендикулярном электронному пучку. Поток ионов через выходнуюдиафрагму источника поступает в анализатор.

В анализаторе (анализатором здесь называется область масс-спектрометрической камеры, в которой ионы движутся от источника к коллектору ионов) происходит пространственное разделение ионов по массам под действием постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению движения ионов и заставляющего их двигаться по круговым траекториям. В магнитном поле происходит разделение ионного пучка на ряд отдельных лучей.

Анализатор масс-спектрометрической камеры течеискателя 180-ти градусного типа. Траектории ионов в нем от ионного источника к приемнику ионов имеют вид полуокружностей. Анализатор такого типа обладает фокусирующим действием; ионы определенной массы, выходящие из источника расходящимся пучком, вновь собираются в узкий сходящийся пучок в плоскости входной диафрагмы коллектора.

Чтобы на коллектор попадали только ионы гелия, обладающие полным запасом энергии, и отсеивались и задерживались рассеянные ионы, потерявшие часть своей энергии в результате соударения со стенками камеры или с нейтральными молекулами газа, и случайно попавшие на рабочую траекторию, перед коллектором помещают т.н. супрессорную систему. Величина напряжения, подаваемого на супрессор, может меняться в пределах от 40 до 100 В.Коллектор ионов соединен со входом электрометрического каскада усилителя постоянного тока. Для обеспечения высокой чувствительности регистрации предусмотрена электронная компенсация тоновых сигналов, дающая возможность регистрировать сигналы, вызываемые течами, на чувствительных шкалах выходного прибора блока измерения ионного тока. Выбор рабочей шкалы осуществляется в соответствии с уровнем флуктуаций фонового сигнала течеискателя и необходимой чувствительностью регистрируются выходным прибором БИИТ, звуковым и световым индикаторами. Рабочее давление в масс-спектрометрической камере обеспечивается откачной системой.Контроль давления в линии предварительного разрежения и в высоковакуумной объеме течеискателя осуществляется с помощью манометрического преобразователя ПМТ-4М и магнитного электроразрядного преобразователя.Управление вакуумной системой течеискателя при его включении и работе производится с помощью клапанов.