用于大型航天器检漏的检漏灵敏度后标定方法

摘要

本发明公开了一种对大型航天器总漏率进行测试的检漏灵敏度后标定方法，包括对被测产品充氦气后进行漏率粗检，完成粗检后，产品在充氦状态下进入真空容器，真空容器抽空后，进行细检和漏率标定。本发明的漏率后标定方法，进行一次充放气操作，即可完成产品的粗检和细检两个环节，对于大型航天器来说，显著节省了氦气消耗、缩短了检漏周期。

说明书

技术领域

本发明属于氦质谱真空检漏技术领域，具体来说，本发明涉及一种对 大型航天器总漏率进行测试的检漏灵敏度后标定方法。

背景技术

航天器单机、部组件及系统总漏率测试中，都可以分为粗检和细检两个 环节。粗检是将产品充入氦气，在大气环境下采用吸枪嗅探的方法排除产品 上存在的大漏。细检是产品放入真空容器，在真空环境下测量器总体漏率。

其中，氦质谱真空检漏技术具有检漏灵敏度高、反应速度快的优点，主 要用于航天器产品检漏的细检环节。进行氦质谱真空检漏时，将被测产品放 在真空容器内部，并向被测产品内部充入氦气，从被测产品泄漏出来的氦气 进入真空容器，并被连接在真空系统上的氦质谱检漏仪检测。氦质谱检漏仪 测量得到的氦气信号是一个相对值，需要采用一个已知漏率的标准漏孔对检 漏系统灵敏度进行标定，经过计算得到被测产品的真实漏率。

传统的氦质谱真空检漏技术中，漏率标定必须在氦本底信号很低的条件 下进行，即在产品内部充入氦气前进行漏率标定，所以称为检漏灵敏度前标 定技术。漏率前标定技术工艺流程如图1所示，在产品细检之前进行漏率标 定，被测产品完成粗检、细检两个环节，要进行两次充氦、泄压操作。采用 漏率前标定技术，进行漏率标定时被测产品内部无氦气，检漏系统处于本底 状态，被测产品的漏率按下式计算：

$Q=\frac{Q_0(I_2-I_0)}{I_1-I_0}---\left(1\right)$

式中：

Q——被测产品漏率，Pa·m³/s；

Q₀——标准漏率标称漏率，Pa·m³/s；

I₀——检漏系统本底，Pa·m³/s；

I₁——漏率标定时标准漏孔反应值，Pa·m³/s；

I₂——细检时被测产品反应值，Pa·m³/s。

图2为采用漏率前标定方法的检漏系统示意图。其中真空容器1提供密 封的真空环境并容纳被测产品。标准漏孔2提供已知的氦气漏率，通过阀门 V1与真空容器1连接，用来标定检漏系统灵敏度。被测产品3置于真空容 器中，并通过阀门V5穿过真空容器1器壁与氦气源连接。分子泵4用来抽 除真空容器中的气体，获得需要的检漏真空度，通过阀门V2与真空容器1 连接。氦质谱检漏仪5是检测真空容器中氦气流程的仪器，通过阀门V3连 接在分子泵前级管道上。前级泵6用来为分子泵4提供必要的前级真空度， 并对容器进行粗抽，通过阀门V4连接在分子泵出口。

采用漏率前标定方法进行检漏时，被测产品3完成粗检后，将氦气进行 泄压，将被测产品3放入真空容器1中，对真空容器1进行密封，并用分 子泵4、前级泵6对真空容器1抽真空。达到检漏工作真空度后，打开标准 漏孔2的出口阀门V1，将已知标准漏率引入检漏系统，读出氦质谱检漏仪 5上标准漏孔的反应值，从而完成漏率标定。然后，关闭标准漏孔出口阀门 V1，待氦质谱检漏仪5反应值回到本底后，通过阀门V3将氦气充入被测 产品3，并测量氦质谱检漏仪5的反应值，完成细检。最后，对被测产品3 泄压，真空容器1复压至大气压，并取出被测产品3。

采用检漏灵敏度前标定技术，在产品完成粗检后，必须将产品中氦气全 部泄放，进入真空容器完成漏率标定后，再次对产品充入氦气。这种两次充 氦、两次泄压的方法对于小容积产品是可以接受的，但对于大型航天器，被 测系统压力可达20MPa，容积可达50L，两次充氦、两次泄压操作不仅增加 氦气消耗，而且显著延长检漏周期。

因此，有必要寻求一种检漏系统灵敏度后标定方法及装置，对于大型航 天器在完成粗检后不用放气，直接进入真空容器进行氦质谱真空检漏。

发明内容

本发明的目的在于针对大型航天器检漏的需求，克服漏率前标定技术成 本高、周期长的缺点，提出一种用于真空质谱检漏的漏率灵敏度的后标定方 法。采用漏率前标定方法时，被测产品完成粗检、细检两个环节，需要进行 两次充氦、泄压操作，采用漏率后标定方法，被测产品完成粗检、细检两个 环节，只需要进行一次充氦、泄压操作。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术解决方案：

对大型航天器总漏率进行测试的检漏灵敏度后标定方法，包括对被测产 品充氦气后进行漏率粗检，完成粗检后，产品在充氦状态下进入真空容器， 真空容器抽空后，进行细检和漏率标定。

其中，该方法具体包括如下步骤：

1)使待测航天器充入氦气，完成粗检，待测航天器产品在充氦状态下 放入真空容器并密封，真空容器上设置若干个不同量程的标准漏孔，利用分 子泵及前级泵将真空容器抽至检漏工作真空度；

2)打开氦质谱检漏仪入口阀门，因待测航天器产品处于充氦状态，此 时氦质谱检漏仪的读数即为产品漏率的反应值，记录该值完成细检；

3)采用漏率标定系统进行漏率标定，根据被测航天器产品漏率在氦质 谱检漏仪上的反应值，从若干个标准漏孔中选择一个与反应值漏率量程相当 的标准漏孔，打开其出口阀门，将已知的标准漏率引入真空容器，待检漏仪 反应值稳定后，记录读数，根据前后记录的反应值之间的比例关系，标定出 待测航天器产品的检漏灵敏度。

其中，步骤3)后，将真空容器复压至大气压，取出被测产品，进行泄 压。

其中，量程相当是指标准漏孔的漏率值与反应值在同一数量级上。

其中，根据前后记录的反应值之间的比例关系，标定出待测航天器产品 的检漏灵敏度，是按照以下公式进行被测航天器产品的漏率标定：

$Q=\frac{Q_0(I_1-I_0)}{I_2-I_1}---\left(2\right)$

式中：

Q——被测产品漏率，Pa·m³/s；

Q₀——标准漏率标称漏率，Pa·m³/s；

I₀——检漏系统本底，Pa·m³/s；

I₁——细检时被测产品漏率反应值，Pa·m³/s。；

I₂——漏率标定时标准漏孔反应值，Pa·m³/s。

本发明的特点在于：

1)采用漏率后标定技术，进行一次充放气操作，即可完成产品的粗检 和细检两个环节，对于大型航天器来说，显著节省了氦气消耗、缩短了检漏 周期。

2)漏率后标定技术中，标准漏孔的引入是在被测产品泄漏反应值之上 进行的。本发明所述的检漏装置中，漏率标定系统由多个不同量级的标准漏 孔构成，进行漏率标定时，根据被测产品实际漏率情况，在漏率标定系统中 选择与被测产品漏率相当的标准漏孔引入检漏系统，一方面可以使标准漏孔 在产品漏率基础上有明显的反应值，另一方面可以在检漏仪线形误差较小的 范围内进行标定，保证检漏结果的准确性。

附图说明

图1为漏率前标定方法的工艺流程图。

图2为采用漏率前标定方法的检漏系统示意图。

其中，1、真空容器；2、标准漏孔；3、被测产品；4、分子泵；5、氦 质谱检漏仪；6、前级泵；V1～V5、阀门。

图3为本发明的漏率后标定方法的工艺流程图。

图4为本发明的漏率后标定系统的示意图。

其中，1、真空容器；3、被测产品；4、分子泵；5、氦质谱检漏仪； 6、前级泵；7、漏率检测系统(由不同量程的标准漏孔构成)；V1～V5、阀 门。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的用于真空质谱检漏的漏率灵敏度的后标定方 法及其使用的标定系统作进一步地说明。

参照图3，图3显示了本发明的漏率后标定方法的工艺流程图。其中，本 发明的对大型航天器总漏率进行测试的检漏灵敏度后标定方法，包括对被测 产品充氦气后进行漏率粗检，完成粗检后，产品在充氦状态下进入真空容器， 真空容器抽空后，进行细检和漏率标定，最后将真空容器复压至大气压，取 出被测产品，进行泄压。采用漏率后标定方法，进行漏率标定时是在被测产 品反应值之上引入标准漏孔，因此标准漏孔的标称值应与被测产品漏率相当 (即选定的标准漏孔的量程与细检的漏率反应值处在相同的数量级上，例 如，反应值为10^-5Pa.m³/s量级，则标准漏孔也选在10^-5Pa.m³/s量级的标准漏 孔)。如果标准漏孔标称值太小，则标准漏孔反应值被淹没在被测产品反应 值里，无法进行漏率标定。如果标准漏孔标称值太大，则由于氦质谱检漏仪 线形引起的误差将显著影响检漏结果。为此，在现有技术的检漏系统中对系 统进行了改造，即在真空容器上设置了若干不同量程的标准漏孔，例如参见 图4，图4为本发明的漏率后标定系统的示意图。为了实现本发明的漏率后 标定方法，采用漏率后标定的检漏装置，主要包括真空容器、被测产品、分 子泵、氦质谱检漏仪、前级泵、漏率标定系统及阀门。其中，不同之处在于， 漏率标定系统一个核心设备，该设备由多个标称漏率在不同量级标准漏孔组 成，标准漏孔的漏率范围根据被测产品可能的漏率确定，每个标准漏孔出口 均有阀门。具体而言，真空容器1提供密封的真空环境并容纳被测产品。被 测航天器产品3置于真空容器中。分子泵4用来抽除真空容器中的气体，获 得需要的检漏真空度，通过阀门V2与真空容器1连接。氦质谱检漏仪5是 检测真空容器中氦气流程的仪器，通过阀门V5连接在分子泵前级管道上。 前级泵6用来为分子泵4提供必要的前级真空度，并对容器进行粗抽，通过 阀门V4连接在分子泵出口。漏率标定系统7用来根据被测产品实际漏率 提供可选择的大小的已知漏率，并通过阀门V1与真空容器1连接。本系统 主要用于航天器总装后推进系统总体漏率测试，航天器漏率一般在 10^-5Pa.m³/s量级，因此五个标准漏孔的漏率分别在10^-3Pa.m³/s、10^-4Pa.m³/s、 10^-5Pa.m³/s、10^-6Pa.m³/s、10^-7Pa.m³/s量级。

在采用漏率后标定技术进行检漏时，被测航天器产品3完成粗检后不进 行泄压，在充氦气状态下放入真空容器1中，对真空容器1进行密封，并用 分子泵4、前级泵6对真空容器1抽真空。达到检漏工作真空度后，读出氦 质谱检漏仪5上的反应值，此时产品中充有氦气，此读数即为被测产品漏率 反应值，从而完成细检。随后，根据被测产品漏率反应值，在漏率标定系统 7中选择一个漏率相当的标准漏孔，打开其出口阀门，并打开阀门V1，将 已知标准漏率引入检漏系统，读出氦质谱检漏仪5上标准漏孔的反应值，从 而完成漏率标定。最后，将真空容器1复压至大气压，从真空容器1中取出 被测航天器产品3，并对被测航天器产品3进行泄压。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细描述和说明，但是应该指 明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种 等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神 时，均应在本发明的保护范围之内。