Узел регистрации ионного тока в масс-спектрометрическом течеискателе

Узел регистрации ионного тока в масс-спектрометрическом течеискателе предназначен для работы в качестве составной части гелиевых течеискателей. Устройство включает в себя расположенные в вакуумируемом объеме коллектор ионов (1) и усилитель (2), с выхода которого аналоговый сигнал идет на аналого-цифровой преобразователь (3), размещенный в том же объеме. Полученный цифровой сигнал поступает на дальнейшую обработку за пределы вакуумируемого объема через разъем (4). Технический результат заключается в резком увеличении чувствительности измерения ионного тока благодаря его отделению от токов утечек выходного разъема. 1 ил.

 

Предназначен для измерения ионного тока в масс-спектрометрических блоках гелиевых течеискателей. Может применяться в промышленности в качестве составной части течеискателей при тестировании герметичности оболочек, предназначенных для работы при пониженном или избыточном внутреннем давлении.

На сегодняшний день известно огромное разнообразие устройств для обнаружения течей - течеискателей. Значительная часть из них основана на использовании гелия, имеющего высокую проникающую способность из-за малого атомного веса и инертности к межмолекулярным взаимодействиям. Одним из широко распространенных методов поиска течи в герметичном откачанном сосуде является внешний обдув струей гелия при одновременной регистрации факта попадания этих атомов внутрь. Присутствие инертного газа в указанном сосуде чаще всего определяют с помощью упрощенного масс-спектрометра, настроенного только на атомы гелия и расположенного в отдельном объеме, соединенном трубопроводом с откачанной емкостью.

Регистрирующая часть упомянутого выше масс-спектрометра обычно выполняется в виде бомбардируемых заряженными ионами гелия одного или нескольких электродов, напрямую подключенных к контактам врезанного в стенку разъема, ведущего за пределы откачанного пространства. При этом возникающий электрический сигнал поступает на расположенный снаружи усилитель, а после него на дальнейшую обработку и индикацию.

Описанный вариант расположения компонентов измерительного узла реализован как в давно выпускаемых течеискателях [1], так и в относительно недавних технических решениях [2].

Наиболее близкое к заявляемому исполнение узла регистрации ионов приведено в течеискателе [3] (прототип).

В большинстве практических применений работа масс-спектрометров не требует высокой чувствительности к малым концентрациям разделяемых компонентов. Однако в течеискателях этот показатель оказывается главным. Возможность регистрировать самое слабое проникновение гелия позволяет более точно оценивать герметичность исследуемой оболочки.

Описанный выше классический способ подключения коллектора ионов непосредственно к контактам разъема в идеальном случае должен хорошо работать. Однако очень слабые сигналы тонут в шумах, вызванных токами утечки между контактами указанного разъема. Кроме того, при применении некоторых типов насосов в откачанный объем попадают пары масла, которые оседают на изоляции разъема и приводят к значительному возрастанию токов утечки. Чтобы вернуть течеискатель в рабочее состояние приходится все разбирать и тщательно промывать разъем чистыми растворителями.

Кардинальное решение этой проблемы оказалось следующим (Фиг.). Коллектор ионов 1 подключается непосредственно к входу усилителя 2, перенесенного внутрь откачиваемого объема. Чтобы полностью исключить влияние токов утечки на результаты измерений, усиленный сигнал подается на расположенный здесь же амплитудно-цифровой преобразователь 3. С его выхода на разъем 4 поступает цифровой код нормализованной амплитуды.

Сравнительные макетные испытания течеискателя с использованием объекта изобретения в качестве составной части показали следующее. При измерениях в обычном варианте после самой тщательной промывки разъема минимальный регистрируемый ионный ток составил величину около 10^-11 A. Применение же заявляемого объекта изобретения позволило улучшить этот показатель сразу на три порядка, т.е. до 10^-14 A.

Источники информации

1. «Течеискатель ТИ1-17», паспорт 406239.001 ПС, 1991 г.

2. Патент Японии №2009180633 от 13.08.2009.

3. Патент США №7459677 от 02.12.2008.

Узел регистрации ионного тока в масс-спектрометрическом течеискателе, включающий в себя коллектор ионов и усилитель, отличающийся тем, что указанный усилитель помещён внутрь содержащего коллектор ионов откачиваемого объёма, где также расположен аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя.