Е. А. Богданов Основы технической
Масс-спектрометрический метод
жүктеу/скачать 6.94 Mb.
|
| 5.3. Масс-спектрометрический метод
Метод основан на создании повышенного парциального давления пробного вещества (газа) в смеси веществ с одной стороны поверхности объекта контроля и отбора проникающего через течи пробного вещества с другой стороны для масс-спектрометрического анализа на присутствие молекул пробного газа. Анализ осуществляется путем ионизации пробного вещества с последующим разделением ионов по отношению их массы к заряду под действием электрического и магнитного полей. Основные требования по проведению масс-спектрометрического неразрушающего контроля регламентированы ГОСТ 28517-80. Благодаря серийному выпуску масс-спектрометрических течеискателей метод нашел широкое применение в практике промышленных испытаний. Метод позволяет помимо качественной оценки провести количественные измерения газового потока через течь с точностью до 10 %. Вместе с тем этот метод технически сложен, требует вакуума и по возможности его заменяют более простыми методами. Масс-спектрометрический течеискатель состоит из трех основных частей: масс-спектрометрической камеры с магнитом, вакуумной системы и электрических блоков питания и измерения. Своей вакуумной частью он может присоединяться к самому объекту или к щупу в зависимости от выбранной схемы контроля.
Рис. 5.3. Схемы способов реализации масс-спектрометрического метода течеискания: а — способ обдува; б — способ щупа; в — способ разъемных местных камер (чехлов); О — испытуемый объект; С — течеискатель; К — шуп; УР — клапан регулировочный; N — насос; К — баллон с пробным газом; В — обдуватель; С — камера, наполненная пробным газом ГОСТ 28517-80 предусматривает восемь схем реализации масс-спектрометрического метода течеискания. Некоторые из них приведены на рис. 5.3. Наиболее эффективный и удобный метод обнаружения течей реализуется с помощью щупа, соединенного вакуумным резиновым шлангом с течеискателем. При методе обдувки пробным газом наружной поверхности изделия из него откачивается воздух до получения давления 10-5…10-8 МПа и изделие соединяется с вакуумной частью течеискателя. Применяют также метод специальной камеры, который состоит в том, что на испытуемый участок изделия устанавливают герметичную камеру-муфту, соединенную с системой откачки и течеискателем. Воздух из камеры и изделия одновременно откачивают до необходимого вакуума. Затем в изделие под давлением подается пробный газ и после выдержки (не менее 3 мин) производится контроль. Этим методом контролируют течи трубопроводов и изделий небольшого диаметра. В качестве пробного газа обычно используют гелий. Он обладает малой молекулярной массой и хорошо проникает через малые течи. Гелий химически инертен, дешев и безопасен в применении. В атмосферном воздухе он содержится в весьма малых количествах (10-4 %), поэтому фоновые эффекты при работе с ним сказываются значительно меньше, чем при применении других веществ. Кроме того, по соотношению массы иона к его заряду (т/e) гелий очень сильно (на 25 %) отличается от ближайших ионов других газов, что облегчает его обнаружение и выполнение измерений. Поэтому масс-спектрометрические течеискатели часто называют гелиевыми. Схема масс-спектрометрической камеры течеискателя приведена на рис. 5.4 [3, 4]. Газы, подлежащие анализу, из испытываемого объекта или от щупа поступают в камеру ионизатора. От накального катода в камеру, находящуюся относительно катода под положительным зарядом, направляется пучок отрицательно заряженных электронов, которые, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их. Фокусировка электронов при этом осуществляется магнитным полем напряженностью H1,. Из образовавшихся в камере ионов с помощью диафрагмы формируется ионный пучок, который разгоняется благодаря разности потенциалов U0 между диафрагмами 3 и 4. Рис. 5.4. Принципиальная схема масс-спектрометрической камеры течеискателя: 1 — накальный катод; 2 — камера ионизатора; 3, 4 — выходные диафрагмы; 5 — входная диафрагма; 6 — коллектор ионов Диафрагма 4 при этом электрически соединена с катодом и заряжена отрицательно относительно диафрагмы 3. Ионы пучка разгоняются до одинаковой энергии 8, которая определяется по формуле: откуда где v — скорость ионов; е -заряд иона; m — масса иона. Учитывая, что масса ионов различных компонентов анализируемого газа неодинакова, скорость ионов разных элементов также будет различаться. Далее ионы попадают в спектральную камеру, в которой действует магнитное поле напряженностью H, направленное перпендикулярно движению ионов. Под действием силы Лоренца Fл = еvh, направление которой определяется по правилу левой руки, ионы будут перемещаться по траекториям в виде окружности радиусом R, а сама Fл при этом будет уравновешиваться центробежной силой. Отсюда Выразив R и подставив v, получим Так как радиус траектории R зависит от отношения т/е, в спектральной камере ионный пучок разделяется на ряд пучков, соответствующих фиксированным значениям массовых чисел (m 1 m 2…mi) Выделив пучок ионов пробного газа (гелия) диафрагмой и расположив за ней коллектор ионов, производят измерения интенсивности этого пучка и, соответственно, интенсивность течи (Вт). Проведение течеискания масс-спекрометрическим методом включает следующие этапы: определение порога чувствительности аппаратуры и течеискания; подача пробного газа на (в) контролируемый объект; определение степени негерметичности объекта и (или) места течи; обработка и оценка результатов течеискания. Порог чувствительности течеискания должен контролироваться по калиброванным течам перед началом испытаний и в процессе их проведения в соответствии с технической документацией, утвержденной в установленном порядке. жүктеу/скачать 6.94 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|