氦质谱检漏设备故障排除与维护保养

孙开磊，甄占昌，张聪，姜楠

（火箭军工程大学，陕西 西安 710000）

氦质谱检漏设备是高精密真空检漏设备，其主要功用是对密封性要求较高部件进行检漏，原理是利用氦气作为探测气体检测被检部件的漏点或总漏率，有检漏精度高、氦响应快的优点，但是其结构与原理复杂，出现故障后排除难度大，日常使用中需要操作人员精细维护保养。

1 设备原理与组成

氦质谱检漏设备利用氦气作为示踪气体，如图1所示，仪器内部的离子源电子经加速进入电离室,在电离室内与残余气体分子和经被检件漏孔进入电离室的氦气相互碰撞，使其电离成正离子，这些离子在加速电场作用下进入磁场，在洛伦兹力作用下产生偏转，氦气最终经过电离、加速、聚焦全部收集到接收极，在接收极上表现为微弱的电信号，再经过放大器进行信号放大，电路处理转换，显示出漏率；检漏设备主要由机械泵、涡轮分子泵、质谱室及电子学控制模块组成，机械泵主要用来维持分子泵工作时所需要的前级真空及对被检件的预抽真空，涡轮分子泵则提供质谱室工作时所需要的高真空，质谱室完成氦气电离与检测，电子学控制模块主要完成对各系统的检测与数据处理。

2 常见故障分析与排除

氦质谱检漏设备在操作中会碰到诸多故障，下面把工作中的常见故障进行总结与分析。

（1）灯丝无法点亮。灯丝故障主要原因是离子源故障，离子源见图2，或者高真空故障，当离子源灯丝电压不合格时，灯丝无法工作，灯丝烧断的情况也经常发生，排除方法：检测仪器右侧的电路灯丝电压，大约0.5伏左右，如果电压正常，设备断电，拔下离子源插头，检测灯丝的通断情况，如果通路，说明灯丝完好，如果断开状态，说明灯丝烧坏，打开仪器上面板，找到灯丝转换开关，转化按钮搬到另一端，激活灯丝，这种方法能够解决一个灯丝断的问题。

图1 氦质谱检漏设备

图2 离子源

（2）测量本底高。主要有以下两个原因，一是仪器内部污染严重，需要对仪器进行清洁；二是仪器所处的环境氦气本底高，大量的检测氦气扩散到仪器所在的环境中，导致环境氦气含量过多，解决这个问题，首先对检测空间进行通风，观测本底是否下降，如果下降，说明氦气泄露，如果本底不发生变化，说明仪器内部污染较严重，及时对仪器进行内部清洗。

（3）高真空不合格。高真空是检漏设备必备的基本条件，高真空不合格时，离子源无法加电，仪器无法检漏，高真空是由分子泵工作形成的，所以高真空不合格时，检查分子泵电源工作是否正常，通过窗口观测电源指示灯及分子泵转速，来判断分子泵转速正常，正常转速为400～700转每秒，低于这个范围，可以判断分子泵故障。

（4）无法调试氦峰。在仪器开机正常工作的情况下，调节加速与聚焦按钮，氦峰仍然无法找到，首先检查加速聚焦电压是否合格，将万用表接入检测口，分别旋转加速聚焦按钮，观测万用表数值，合格数值时，排除电路故障因素，最大的可能是磁场消磁，磁场减弱后，带电的氦离子不能在预定轨道发生偏移，造成氦离子无法到达收集极，所以无氦信号。

（5）预抽真空故障。预抽真空显示窗口在20秒内无法达到5帕以下，初步判断预抽泵故障，预抽泵是第一级真空泵，它抽速快，精度低，主要由电机及真空泵头组成，出现故障后，抽气能力下降，可以维修真空泵头或更换预抽泵；有时由于长期运转，预抽泵的电机与真空泵连接的机械结构松动，发生刺耳的噪音，排除的方法是更换变形的传动部件，

3 维护保养

3.1 更换离子源

当仪器无氦信号或信号偏小时，灯丝转换开关转换后，离子源仍不工作，排除其它因素，检测灯丝电压为是否为0.5伏左右，电压正常时，初步判断离子源两个灯丝都烧断，需要更换离子源。更换离子源的操作步骤是，如图3所示，首先断开总电源，松开分子泵出气口上的卡箍,对质谱室放入空气，卡紧卡箍；拔下离子源插头，用一字螺丝刀对角卸下离子源的四个螺丝钉，取出烧坏的离子源，通过观测灯丝，如果灯丝烧蚀不严重，可以进行保养，继续使用，取100毫升烧杯，倒入无水乙醇，把离子源放入浸泡30分钟，进行清洗，取出后用电吹风进行吹干，可以继续使用；灯丝断的离子源必须进行更换，更换后的离子源注意密封圈一并更换或加密封硅脂，防止漏气。

3.2 清洗质谱室

仪器设备出现灵敏度下降, 达不到标准漏孔的标定值,质谱室可能受到污染，质谱室如图4所示，出现仪器灵敏度下降，漏率信号不稳，在排险其它因素后，可清洗质谱室。清洗的步骤，首先在关闭电源的前提下, 拔下离子源供电插头和前置放大器供电插头，为防止人体静电击穿放大器，在备件箱中找到前置放大器短路插头，立即将短路插头插在前置放大器上；其次分别卸下质谱室与开口法兰的联接螺钉，取出带磁铁组件的质谱室卸下质谱室与磁铁组件连接的3个固定螺钉，取下磁钢组件，注意不要将磁铁放在钢、铁板上，以免削弱磁场，取出离子源、放大器、出口缝、全离子检测极；用酒精、脱脂棉擦除接地缝、全离子检测极和质谱室的离子源腔体表面的黑色炭化沉积物，直到呈现金属本色，用无水乙醇冲洗离子源、放大器、出口缝、全离子检测极，并用电吹风吹干；最后依据安装要求，逆顺序装上全离子检测极、出口缝、前置放大器和离子源。

图3 更换离子源

图4 质谱室

3.3 更换预抽泵及真空油

预抽口压力不达标，进行管路密封性检查，排除管路问题，就要考虑预抽泵工作能力下降问题，预抽泵如图5所示，预抽泵保养后仍然达不到压力要求，需要对预抽泵进行维修或更换，整体更换预抽泵时，首先依据同型号进行更换，注意检查预抽泵减震脚垫，有老化现象一并更换。机械泵油是预抽真空的关键设备，必须及时进行更换，一般运行6个月进行更换，更换时打开放油口，使润滑油流干净，注油口加注洁净的润滑油，加注高度为油液窗口的1/2处。

3.4 更换放大器

当仪器对氦气无任何信号反应，离子源工作正常，需要检查电路及放大器，放大器出现故障，放大器如图6所示，及时更换，更换方法，首先断开总电源，拔下放大器插头，及时插上短路插头，用一字螺丝刀卸下，更换时，及时给新的放大器插接短路插头进行更换，防止放大器因人体静电击穿损坏。

图5 预抽泵

图6 放大器

4 结语

氦质谱检漏设备维修与保养步骤较为复杂与精细，当发生故障时，在详细了解其内部原理的基础上，及时对故障进行分析判断，正确排除故障；设备在使用时，要注重平时的维护保养，只有平时严格按照保养要求使用，故障发生率才会大幅下降。