​氦质谱检漏仪的结构

氦质谱检漏仪的型号较多，但基本结构大同小异。它主要由质谱室、真空系统及电气部分组成。

（1）质谱室

不同类型的氦质谱检漏仪的质谱室结构大同小异，都是由离子源、分析器和收集器三部分组成，它们放在一个抽成高真空的质谱室外壳中，如图2所示。

图2 质谱室

1）离子源

离子源的作用是使气体分子电离，形成一束具有一定能量的离子。其结构如图3所示。它由灯丝（阴极）、离化室及离子加速极组成。

灯丝在真空中通电加热后发射电子，在离化室与灯丝之间的电场的作用下，电子加速穿过离化室顶部狭缝进入离化室，在离化室中与气体分子发生多次碰撞后损失能量，最后打到分子电离形成正离子，正离子在离化室与加速极之间的电原U（即离子加速电压）作用下，相继穿过离化室正面的矩形狭缝和加速极的矩形狭缝，由于加速电场对离子做的功转变为离子的动能，便形成具有一定能量的离子束。由于离子是由中性气体分子失去Z个带负电荷e的电子而形成的，所以离子电荷为正的Ze。由于各种气体的离子均受同一电场的加速，当它们的电荷量相等时，它们的能量相等，但由于质荷比不同，故运动速度也就不同。

图3 离子源示意图

2）分析器

分析器作用是使不同质荷比的离子按不同轨迹运动，从而将它们彼此分开，仅使氦离子通过其出口隙缝。分析器由一个外加均匀磁场及一个出口电极组成，如图4所示。磁场方向与离子束入射方向垂直。

由离子源出来的离子束射入它垂直的磁通密度为B的均匀磁场分析器中后，由于分析场中电场为零，所以离子仅受磁场的洛伦兹力作用而作半径为R的圆周运动。偏转半径R与质荷比M/Ze有关，当B及U一定时，相同质荷比的离子具有相同的运动半径，不同质荷比的离子将以不同的半径偏转而彼此分开。质荷比小的偏转半径小，质荷比大的偏转半径大。在偏转180°处，用一分析器出口电极将其他离子挡住，而使氦离子轨道对准出口电极上的狭缝，氦离子穿过狭缝到达离子收集极形成氦离子流。

图4 分析器

3）收集极

收集极是对准出口电极狭缝安装的，其作用是收集穿过出口电极狭缝的氦离子并通过一个电阻输入到小电流放大器进行离子流的放大和测量。由于氦离子一般只有10-13~10-12A，要使小电流放大器第一极输入信号电压足够大，则输入电阻必需很大（一般高于1010欧），第一级放大用的静电计管必须要高度绝缘，所以把高阻及静电计管放在高真空的质谱室中。

（2）真空系统

仪器的真空系统提供质谱正常工作所需要的真空条件，不同型号的检漏仪其真空系统有较大的差别。图5为常见的普通型氦质谱检漏仪真空系统。

图5 普通型氦质谱检漏仪

真空系统一般包括：

1）主泵。一般用扩散泵或涡轮分子泵。极限压力小于5×10-1Pa，其抽速应与气载匹配。

2）前级真空泵。一般采用旋片式机械真空泵，在以分子示为主泵的系统中，也有采用薄膜泵或干泵的。极限压力小于1×10-1Pa，抽速与主泵匹配。

3）预抽真空泵。一般与前级真空泵共同一个泵，也有专用预抽真空泵的。预抽真空泵一般采用旋片式机械真空泵，其抽速视被检件大小而定，因此预抽真空泵大都由用户自配。

4）冷阱。分子泵型真空系统一般不加冷阱。扩散泵型真空系统的冷阱加在质谱室、检漏口与扩散泵之间，使三者被冷阱隔离，如图5所示。冷阱加入液氮后便可阻止扩散泵的油蒸气和被检件来的水蒸气进入质谱室，保持质谱室的清洁，并帮助扩散泵迅速获得较高真空。

5）检漏阀。按在质谱室和被检件之间的管道上。有些仪器采用节流阀，控制流入质谱室的气体流量。

6）真空规。一般采用冷阴极磁控放电真室规来测量质谱室中的压力。也有用电阻规或热偶规测量被检件的预抽压力和系统的前级压力的。

7）标准漏孔。一般仪器内都附有标准漏孔（大多为薄膜渗氦型），用它来校准仪器的最小可检漏率和对仪器输出指示进行定标。

（3）电气部分

除了主机供电部件和主机控制部件，还有几组主要电路：

1）离子源电源。为离子源提供加速、聚焦、拒斥电压。

2）发射电流稳定电路。稳定和调节发射电流。

3）离子流放大器和音响报警器。将离子流进行放大并将输出信号送入输出仪表或显示器和音响报警器。

4）真空测量电路。一般用热偶计测量低真空，用冷阴极磁控入电真空计测量高真室。

5）灯丝保护电路。当质谱室正常工作压力被破坏后，立即切断灯丝供电回路，以保护灯丝。

6）其他电路。不同型号的检漏仪所具有的功能不尽相同，所以电路也有不少差加，这在各自的说明书中都有说明，这里不同赘述。