ZQJ230D氦质谱真空检漏仪使用说明书.doc

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1、 ZQJ-230D氦质谱检漏仪 企业通过ISO 9001质量管理体系认证ZQJ-230D型 氦质谱检漏仪 使用说明书目录第一部分 仪器介绍1.1外观尺寸.1-11.2仪器结构.1-11.2.1 质谱室.1-31.2.1.1 离子源.1-31.2.1.2 磁分析器.1-41.2.1.3 接收极与前置放大器.1-41.2.1.4 全离子检测极.1-41.2.2 真空系统.1-51.2.2.1 机械泵.1-51.2.2.2 涡轮分子泵.1-61.2.2.3 组合阀.1-71.2.2.4真空测量.1-81.2.3 电气系统.1-81.2.3.1 电子机柜.1-81.2.3.2 操作台板.1-101.2

2、.3.3 电磁阀电源箱.1-121.3 仪器主要性能参数.1-131.4 仪器使用环境条件.1-131.5 仪器成套性.1-14 第二部分 使用方法.2-12.1 开箱.2-12.2 操作前准备.2-12.3 安装.2-22.4 操作.2-22.4.1 首次开机.2-22.4.2 氦峰调试与漏率校准.2-32.4.3 喷吹法检漏.2-62.4.3.1 正常检漏操作(10Pa.2-62.4.3.2 高压检漏操作(1020Pa.2-72.4.3.3 延长预抽时间.2-72.4.3.4 超高压检漏(20Pa.2-82.4.4 吸枪检漏.2-82.5 停机.2-92.5.1 维持备用.2-92.5.2

3、 完全停机.2-10 第三部分 维 护.3-13.1 漏率校准.3-13.2 真空维护与清洗.3-1目录III3.2.1 机械泵油面观测.3-13.2.2 更换机械泵油.3-13.2.3 分子泵加注润滑油.3-23.2.4 清洗分子泵.3-23.2.5 清洗质谱室.3-23.2.6 更换离子源.3-113.2.7 清洗组合阀.3-123.3 电子部件调整.3-133.3.1 发射调节.3-133.3.2 离子源电压校正.3-133.3.3 热偶规管调整.3-143.3.4 过压保护调节.3-143.3.5 分子泵启动设置.3-153.3.6 漏率显示放大器调整.3-153.3.7 检查前置放大

4、器供电.3-153.4 检验氦本底.3-163.5 仪器泄漏自检.3-16 第四部分 常见故障及处理.4-14.1 正常运转与故障判断.4-14.2 故障检查与排除.4-3 附录A ZQJ-230D氦质谱检漏仪的工作原理.A-1A.1 质谱原理.A-1A.2 真空系统原理.A-2A.3 电子学线路的原理.A-5 附录B 氦质谱检漏仪的检漏方式和检漏方法.B-1B.1 检漏方式.B-1B.2 检漏方法.B-2B.2.1 喷吹法-确定漏孔位置.B-2B.2.2 吸入法确定漏孔位置.B-2B.2.3 钟罩法测总漏率.B-3B.2.4 背压法测总漏率.B-3 附录C 压强和漏率单位换算IV目录KYKY

5、 ZQJ-230D 氦质谱检漏仪第一部分 仪器介绍 1-1第一部分 仪器介绍ZQJ -230D 型氦质谱检漏仪是对密封容器的泄漏进行快速定位和定量测量的完整仪器。氦质谱检漏方法与气泡识别法、压强衰减法和卤素检漏等方法相比,除检漏原理不同外,以检测灵敏度高、速度快和适用范围宽,尤其是选择无毒、无破坏性、质量轻的惰性气体氦作为探索气体,而成为当今诸多检漏方法中的佼佼者。1.1 外观尺寸仪器的外观尺寸如下: 图1-1 外观尺寸1.2 仪器结构ZQJ -230D 型氦质谱检漏仪由真空系统、质谱室、电子学线路和机架四部分组成。其中,真空系统包括涡轮分子泵、机械泵和组合阀体。机械结构如图1-2,机架底部有

6、四个轮子,可移动;机械泵、分子泵、组合阀和质谱室装在架子内;分子泵电源在最下层底板上;电子部件集中在台板后面的机框内;组合阀的控制电子部件在台板下方左侧,检漏口朝上,位于台板中间位置。 图1-2a 仪器结构侧视图图1-2b 仪器结构俯视图ZQJ-230D的工作原理和各个部件之间的相互关系可参看附录A。电子控制箱电磁阀电源箱机械泵检漏口预抽阀台板放气阀组合阀体总电源开关分子泵电源检漏阀喇叭主电源板质谱室控制板风扇分子泵热偶显示板 1.2.1 质谱室质谱室(图1-3、图1-4是检漏仪的核心部分,包括离子源、磁分析器、接收极与前置放大器、全离子检测极及壳体等部分。其中每个部件都有不可替代的功能。图1

7、-3 质谱室 图1-4 质谱室剖面图1.2.1.1 离子源离子源(图1-4、图1-5的作用是由灯丝产生的电子轰击气体分子,再通过电场质谱室加速、聚焦形成离子束。 图1-5 质谱室中的若干部件1.2.1.2 磁分析器磁分析器(图1-6包括磁钢组件、偏转极靴、小极靴和偏心极靴。他们组成特定的磁场。对从离子源引出的带电离子进行偏转,使不同荷质比的离子分离、聚焦。 图1-6 磁分析器1.2.1.3 接收极与前置放大器接收极与前置放大器(图1-5则是接收磁铁组件分离的离子,并将该离子产生的信号放大。1.2.1.4 全离子检测极全离子检测极(图1-4主要是接收质荷比较大的离子,以此判断质谱室真空度。 质谱

8、室详细的工作原理参见附录A 。离子源接收极与前置放大器全离子检测极磁钢组件离子偏转极靴偏心极靴小极靴1.2.2 真空系统真空系统是用来获得质谱室正常工作所需真空、抽除检漏后残存在系统中的氦气以及对被检件抽真空。真空系统(图1-7由机械泵、涡轮分子泵、组合阀及真空测量等主要部分组成。1.2.2.1 机械泵采用旋片式双级单相直联机械泵,抽速为2L/S,用来维持分子泵工作所需前级真空和对被检工件抽真空。 图1-7 真空系统状态图1.2.2.2 涡轮分子泵涡轮分子泵采用本厂家生产的F150型风冷式涡轮分子泵,抽速150L/S ,对氦气有较低的压缩比;可两种转速运行,以使仪器达到不同的检漏性能,对该泵的

9、详细资料可见备件箱中F100/150系列涡轮分子泵使用说明书。 图1-8 FB150分子泵1.2.2.3 组合阀组合阀由预抽阀、检漏阀、放气阀和组合阀体组成,可对被检件实现预抽真空、检漏和放大气的全部检漏操作程序。预抽阀安装在机械泵和检漏口之间,检漏阀装在机械泵和分子泵出口之间,放气阀可沟通检漏口通大气(见图1-7、图1-9。所有阀皆安装在一个组合阀体上。 FB150分子泵检漏口预抽阀检漏阀检漏口热偶组合阀体前级波纹管前级热偶预抽波纹管图1-9 组合阀1.2.2.4真空测量检漏口和分子泵前级的低真空测量用热偶规(图1-9。检漏口热偶提供检漏口压强指示(发光排,以保证被检件由预抽到检漏的安全转换

10、以及检漏状态下的过压保护;前级热偶给出分子泵出口的低真空指示,保证分子泵正常启动和保护。质谱室的高真空测量用全离子检测方式,超过310-2Pa ,保护电路动作,切断离子源灯丝供电。 1.2.3 电气系统 1.2.3.1电子机柜位于机架上方的电子机柜内安装有变压器(B1和B2、延时继电器K02、排风扇和三块电子印刷板等电气部件(除分子泵电源和仪器总电源开关。其中显示板(D 板和控制板(C 板分别固定在前后面板上,主电源板(M 板安装在底板上。 图1-10电子机柜控制面板如图1-11,从功能上可以分为六部分。变压器B1变压器B2显示板主电源板延时继电器风扇控制板 图1-11 控制面板1. 高真空及

11、测量仪器总电源接通后,机械泵转动,当预抽/检漏开关置于检漏位,热偶规指示的低真空达到设定值时,分子泵自动通电开始转动,当转速达到额定转速(高速704Hz ;低速430Hz ,延时约6分钟后,正常绿灯亮,表示分子泵工作正常,系统高真空准备好。如果分子泵启动后3分钟仍达不到额定转速,则故障红灯亮。分子泵启动后,正常绿灯亮后,可将灯丝开关触发到开,接通灯丝,指示绿灯亮,高真空表头有指示。仪器正常工作时,高真空指示低于110-2Pa 。 2. 漏率显示垂直排列的一串(刻度110发光二极管及其右上方框内的数码管显示为漏率。该竖排发光二极管从09共10个刻度,每两个刻度之间有5个小格,每小格代表数值0.2

12、。例如垂直发光二极管超过刻度“3”两个小格,且右上方数码管内显示数字-9,表示漏率3.410-9Pa.m 3/S 。量程波段开关有4位,复盖4个数量级。当发光二极管全不亮,且底端指示灯亮时顺时针切换到下一个量程;当发光二极管全亮,且顶端指示灯亮时逆时针切换到上一个量程。调零有粗调零旋钮和细调零旋钮。 3.调氦峰强度包括加速和聚焦两个带锁紧钮的电位器,交替地调节这两个电位器,可找到氦峰并使峰值最强。 4.漏率校准这是由灵敏度转换(即分子泵转速开关高一低、量程选择开关和校准电位器组成的。若检漏任务需要改变仪器灵敏度并要求定量,应接上标准漏孔,置量程选择于8、漏率显示检漏口压力显示高真空显示正常指示

13、灯故障指示灯测试点量程选择开关灵敏度开关报警旋钮校准旋钮粗调零旋钮聚焦旋钮加速旋钮灯丝开关量程波段开关细调零旋钮9或10,调节校准旋钮,使漏率显示与标准漏孔的标定值相符。量程和量程选择两开关配合,给出表1-1所示漏率显示范围。表1-1 显示与量程选择量程选择量 程8 10-5 10-6 10-7 10-8 9 10-6 10-7 10-8 10-9 10 10-710-810-910-105. 报警报警旋钮是调节音量大小的。另外,大小不同的漏率有不同频率的音响。 6. 测试点位于面板右侧,自下至上标以地、加速、推斥、聚焦和发射,分别代表地、加速电压、推斥电压、可调聚焦电压和发射电流(在1K 电

14、阻上的电压降。仪器正常工作时的典型值及调节范围如下:加速电压: 290V (170320V 推斥电压: 390V (随加速电压变 聚焦电压: 240V (随加速电压变 发射电流: 0.6V (0.40.8V 1.2.3.2 操作台板 图1-12操作台板1. 预抽延时放气按钮检漏/放气转换开关放气阀指示灯预抽阀指示灯检漏阀指示灯仪器在高灵敏度模式(分子泵低转速,允许预抽时间在5分钟左右;在低灵敏度模式(分子泵高速允许预抽时间约20分钟。因为预抽期间,分子泵出口与机械泵之间的阀门(检漏阀是关闭的。超过规定预抽时间,高真空将下降,导致灯丝保护关闭。预抽延时开关(图1-12就是为延长预抽时间而设置的。

15、需要延时,将开关倒向开约23秒,再返回关位置即可。因为在开的23秒时间内,预抽阀关闭,检漏阀打开,而使分子泵出口与机械泵相通,解除分子泵出口被封闭状态。检大容积工件时,可反复使用延时开关,增长预抽时间。2. 真空预置真空预置开关(图1-12根据检漏口真空度控制检漏阀的开启。通常,容易抽空的小工件,预置在5Pa,大工件或有漏的工件预置在10Pa,吸枪法检漏应预置在20Pa。3. 放气按钮将检漏/放气开关倒向左(放气,再按下放气按钮,即可对检漏口放大气。4. 检漏/放气转换开关此开关(以下简称J/F开关倒向右侧(检漏,预抽阀打开,机械泵对被检工件预抽,当检漏口真空度达到真空预置值时,检漏阀自动打开

16、。将J/F开关倒向左(放气,并按下放气按钮,即可对检漏口放大气。各操作键钮与阀门状态的关系见表1-2。表1-2 开关及按钮与阀门状态的关系延时 J/F 功能 预抽阀 检漏阀 放气阀关右预抽 开 关 关检漏 开 开 关左 放气 关 开 开开 延时 关 开 关5. 状态指示灯台板上指示灯亮灭代表电磁阀的状态。指示灯亮,代表该电磁阀打开;指示灯灭,代表该电磁阀关闭。指示灯从左至右,依次代表为放气阀(黄、预抽阀(红和检漏阀(绿的状态。 第一部分 仪器介绍1-12 1.2.3.3 电磁阀电源箱电磁阀电源箱位于检漏仪台板的左下部分,主要功能有给电磁阀供电、控制电磁阀动作及延时、预抽阀保护点设置等。里面由若

17、干继电器、一个变压器(B3、一块电磁阀控制板(DCFF 板、一块继电器板(JDQB、两块阀电源板(FDYB组成。图1-13 电磁阀电源箱变压器B3时间继电器电磁阀控制板继电器继电器板 预抽阀阀电源板检漏阀阀电源板滤波器1.3 仪器主要性能参数最小可检漏率(对氦510-11 Pam3/S吸入法最小可检漏率510-8 Pam3/S反应时间3S启动时间8 min漏率指示范围10-10 10-710-9 10-610-8 10-5允许检漏口最高压力20Pa允许质谱室最高工作压力310-2 Pa仪器体积和重量 540(W600(D950(H,约50Kg1.4 仪器使用环境条件环境温度1535空气相对湿度

18、20Pa如按照2.4.3.12.4.3.3操作,若仍不能抽到预定的真空,可以取下被检件,有两种可能: 被检件体积不大、密封连接也无问题,则显然是被检件有大漏。 被检件虽无大漏,但体积太大,放气量太多,单靠检漏仪自身机械泵预抽很难使真空达到检漏仪的要求。上述两种情况皆可用外接辅助真空系统与检漏仪联接的方式进行检漏。2.4.4 吸枪检漏在进行吸枪检漏时,首先对吸枪进行调节,具体操作可按以下步骤:凡KYKY 吸枪售出的吸枪已经调节完毕,不需再进行调节。除非在误差较大时才进行以下步骤。1.检漏口放气后,将吸枪连在检漏口,关闭吸枪的进气量调节阀,设定真空预置在20Pa。2.将J/F 开关置检漏位,仪器进

19、入检漏状态。3.缓慢微调吸枪的进气量调节阀,并注意观察检漏口压力,到达10Pa 左右时,即可进行检漏。微调进气量调节阀时检漏口压力在820Pa 为宜,超过此范围则需要重新调节。吸枪结构请见吸枪说明书。 第二部分 使用方法2-9此时,被检件已充有1MPa 左右的氦气或氦-氮(空气混合气,将吸枪的吸嘴对着被检件的焊缝和接点等可能泄漏处,若有氦泄漏,即被吸入检漏仪而被检测。由于吸枪的吸嘴始终暴露在大气压下,大量空气吸入检漏仪,造成高的氦本底(空气中通常有5ppm 的氦气,使检漏灵敏度有所降底,检测极限约为510-8Pa.m 3/S。为了使仪器发挥最佳灵敏度,应调节吸枪的吸入气流量,在本底和灵敏度上折

20、衷:吸入量大、本底高,在大量程档上反而不灵敏;吸入量小,本底小,虽然可用较灵敏的量程,但氦信号也降低了。通常调节吸枪使本底在10-9或10-8挡为宜。在调节吸枪时,应维持高真空指示在绿区内和检漏口压力在20Pa 以内。此外,吸入法的灵敏度与吸嘴离泄漏点的距离和吸嘴移动速度有关。距离越近灵敏度越高,但距离太近,吸嘴容易触及被检件表面而吸入杂物,造成吸枪流量不稳或堵塞,以25mm 为宜;移动速度快,吸入的氦就少;移动太慢,会降低检漏效率。通常移动速度不超过10mm/S 。检漏完毕后,应将被检件内的氦气回收,或排放到室外,以避免检漏仪周围空气中氦含量过高和波动,而直接影响仪器的本底及其稳定性。在检漏

21、状态下(喷吹法或吸枪法,如检漏压力突然上升,导致预抽阀保护关闭时,应将J/F 开关置左,并放气,排除故障后再往下进行。2.5 停机虽然分子泵能够快速地获得仪器工作必须的高真空,但频繁地开机关机不利于仪器稳定和保持良好的高真空和减小本底,也不利于延长分子泵的轴承寿命。故可视情况作两种处理。2.5.1 维持备用一批件检完,另一批几个小时后检,例如,上午检完,下午还得检。可如下处理:1.关灯丝;2.灵敏度开关置高。此状态下,分子泵低速运转,有利于延长分子泵轴承寿命,又能保持良好的高真空。2.5.2 完全停机仪器当天用毕第二天再用,或仪器由一个地点移至另一个较远地点(必须另换总电源插座时,则必须将仪器

22、完全关闭。1.关灯丝。2.检漏口用堵头堵死。3.关闭总电源。2-10第二部分使用方法第三部分 维 护要保持检漏仪的正常工作和良好性能,定期或必要的维护是必不可少的。需要维护的项目和周期见下表。表3-1 检漏仪的维护日程项 目 内 容 时 间3.1 漏率校准 每天3.2.1 机械泵油面观测 每周3.2.2 更换机械泵油 必要时或每半年3.2.3 分子泵加注润滑油 每年3.2.4 清洗分子泵 必要时3.2.5 清洗质谱室 必要时3.2.6 更换离子源 必要时3.2.7 清洗组合阀 必要时表3-1所列项目,除漏率校准需每次开机后进行,其它可视仪器的使用时间(实际运转时间、被检件对仪器的污染程度及仪器的性能状况而定,维护周期可长可短。3.1 漏率校准1.按2.4.2 校准和调整仪器的灵敏度。2.若达不到要求,参阅第四部分故障及处理。3.2 真空维护与清洗3.2.1 机械泵油面观测机械泵正常运转,观察窗口油面,应在中间或中间偏上些。如油面太低,可补充同类型新油(参阅机械泵使用说明书。3.2.2 更换机械泵油长时间运转或受被检件污染,油脏呈黑色,或可凝性气体聚集泵内。这些都会降低泵的抽气性能:在检漏口用堵头堵死的情况下,达不到5Pa的真空;有时还造成高的氦本底或本底起伏不稳。这种状况下,需要更换新鲜的机械泵油。在更换机械泵前第三