深度揭秘氦質譜檢漏技術——靈敏度及最小可檢漏率
一、靈敏度與最小可檢漏率的關系
對于一般儀器來說，靈敏度是最主要的性能指標之一。所謂靈敏度就是儀器輸出變化除以導致這個變化的輸入量。對于氦質譜檢漏儀來說，輸出變化即為輸出指示（儀表或數碼顯示器）值的變化，而導致這個輸出指示變化的是漏孔的漏率。在確定氦質譜檢漏儀的靈敏度時，常將一已知的漏率的標準漏孔漏出的氦氣送入儀器，測出儀器的輸出指示的變化值，那么
但是，在比較兩臺檢漏儀的性能時，關心的是它們能夠檢出的最小漏孔漏率，即最小可檢漏率。哪一臺的最小可檢漏率小，它的靈敏度就高。由于最小可檢漏率除了與儀器靈敏度直接有關外，還取決于儀器的最小可檢信號，而最小可檢信號又取決于儀器的本底噪聲和漂移，所以最小檢漏率與儀器靈敏度及最小可檢信號（本底噪聲+漂移）的關系為
由此可以看出，氦質譜檢漏儀的最小可檢漏率與靈敏度是不能等同的。但靈敏度越高，本底噪聲和漂移越小，最小可檢漏率就越小；在相同的本底噪聲和漂移下靈敏度越高，其最小可檢漏率就越小。
二、儀器最小可檢漏率
當儀器處于最佳工作條件下，以一個大氣壓的純氦氣作示漏氣體進行動態檢漏時所能檢出的最小的漏孔漏率，稱為儀器最小可檢漏率，用Qmin表示。
1、所謂最佳工作條件，最指被檢件出氣和漏都小，它與檢漏儀連接后不會影響檢漏儀質譜室的正常工作，因此不需加輔助泵。同時，檢漏儀的參量也調整在最佳工作狀態，這時檢漏儀能發揮其最佳性能。
2、所謂動態檢漏，最指檢漏時，檢漏儀的真空系統仍在對質譜室進行抽氣，且儀器的反應時間不大于3s的情況。
3、所謂最小可檢，是指檢漏儀輸出儀表上可以觀察出來的最微小的指示變化，即最小可檢信號。這個最小可檢信號主要受無規律起伏變化的儀器的本底噪聲和漂移所限制。本底噪聲是由于儀器各參數的不穩定引起的，例如電源電壓變化、真空度變化、發射電流變化、加速電壓變化、放大倍數變化、外界電磁場干擾等都會引起輸出儀表的不穩定擺動。漂移被認為是由于電子學上的原因引起的。如果漏入的氦氣產生的輸出指示的變化小于噪聲和漂移之和，就很難判斷究竟是漏氣信號還是噪聲和漂移指示，因而噪聲和漂移值也就成為能否判斷出漏氣信號的關鍵值。
4、所謂漏孔漏率，是指溫度為23±7℃，壓差為105Pa下對氦（或對空氣）的漏率。
三、有效最小可檢漏率
有效最小可檢漏率有時亦稱檢漏系統最小可檢漏率。所謂有效最小可檢漏率是指檢漏儀用某種方法進行檢漏時，儀器及選用的檢漏系統有具體檢漏工作狀態下，當純示漏氣體通過被檢件上的漏孔時，該檢漏儀所能檢出的被檢件上的最小漏孔漏率，用Qemin表示。
儀器的最小可檢漏率Qmin由儀器本身的性能決定。而有效最小可檢漏率Qemin不僅與儀器性能有關，還與所采用的檢漏方法和檢漏系統有關，它反映了在具體檢漏條件下檢漏儀器性能的發揮程度。一般地說，有效最小可檢漏率大于儀器的最小可檢漏率。
4、儀器最小可檢分壓力分數
儀器最小可檢體積分數比是指質譜室處于工作壓力下，儀器可檢出的大氣中的最小分壓力分數變化，以γmin表示，即
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??????????? (5)
式中In——儀器的最小可檢信號，單位為檢漏儀輸出指示單位；
Δγ——大氣中氦分壓力分數的增最；
ΔI+——大氣中氦分壓力分數的增量Δγ在儀器上產生的輸出變化值，單位同In。
五、儀器最小可檢漏率的校準
將一支漏率為Qo的滲氦型標準漏孔接在檢漏儀的檢漏口（或檢漏儀專門設置的標準漏孔位置），將檢漏儀調整在最靈敏檔位且工作在最佳工作狀態下。關閉標準漏孔閥，讀出儀器輸出指示的本底I0并測試出儀器最小可檢信號In。打開標準漏孔閥，待儀器輸出指示穩定后讀出輸出指示的穩定值I，那么儀器的最小可檢漏率Qmin便可以下式算出
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式中 Qmin——儀器最小可檢漏率，單位為Pa·m3/s；
In——最小可檢信號，單位為檢漏儀輸出指示單位；
I——由漏孔產生的輸出指示值，單位同In；
I0——本底，單位同In。
儀器最小可檢信號的測試方法如下。
1、本底噪聲In的測試
將檢漏儀輸出連接到記錄儀上，并使記錄儀的滿量程對應于檢漏儀輸出指示的滿量程，記錄儀的零點對應于檢漏儀輸出指示的零點。關標準漏孔閥，3min后用記錄儀記錄整機本底噪聲曲線20min。然后依時間等分為20段，作出每段的近似直線，測定每段曲線相對于近似直線的最大絕對偏差。把20個最大偏差的平均值乘2，作為噪聲值In1。在測試過程中，偶爾出現一次大的脈沖，可以略去不計。
2、漂移的測試
在上述噪聲曲線每段的近似直線上，測出有最大斜率的某段（1min段）的以分刻度值表示的漂移值，作為漂移值In2。如果該值小于記錄儀滿刻度2%的分刻度值，則在20min周期內，測定輸出總變化值，除以20作為漂移值。
最小可檢信號等于1min內噪聲和漂移絕對值之種，即
In=In1+In2
如果其和小于儀器最靈敏檔刻度2%的分刻度，將滿刻度2%的分刻度作為最小可檢信號。
六、有效最小可檢漏率的校準
實際檢漏量，可能采用比較復雜的檢漏系統，如圖10所示。此時，在被檢件的合適位置裝一支漏率為Q0的滲氦型標準漏孔，檢漏儀和檢漏系統調整在檢漏狀態下，關閉標準漏孔閥，讀出檢漏儀輸出指示的本底I0，并測試出最小可檢信號值In。打開標準漏孔，待儀器輸出指示穩定后讀出檢漏儀輸出指示的穩定值I。那么，有效最小可檢漏率Qemin可由下式算出
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式中 Qemin——有效最小可檢漏率，單位為Pa·m3/s;
In——最小可檢信號，單位為檢漏儀輸出指示單位；
I——由漏孔產生的輸出指示值，單位同In；
I0——本底，單位同In。?
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圖10 有效最小可檢漏率的校準系統?
1-電離規；2-標準漏孔；3-被檢容器；?
4-次級泵；5-輔助泵；6-輔助泵；7-檢漏儀?
最小可檢信號In的測試方法與儀器最小可檢漏率中的測試方法一樣。
必須指出的是，如果標準漏孔的漏率Q0是指對氦的漏率，那么得到的Qmin或Qemin也是對氦的最小可檢漏率。同樣，如果Q0是對空氣的漏率，那么Qmin或Qemin也是對空氣的漏率。如果采用通道型標準漏孔，其漏紡Q0是在進氣端壓力p下校準出來的，那么在上述校準中，標準漏孔進氣端必須施加的壓力也應為p。在漏孔流動狀態未知的情況下，不能用改變標準漏孔進氣端壓力的辦法去改變標準漏孔的漏率。要想得到新的進氣端壓力下的漏率值，必須通過校準。
用標準漏孔校準儀器最小可檢漏率和有效最小可檢漏率時，標準漏孔的漏率值應為最小可檢漏率值的50倍以上。如果標準漏孔的漏率值接近最小可檢漏率值，則標準孔產生的信號與儀器的最小可檢信號值接近，其校準誤差就會很大。
七、儀器最小可檢分壓力分數的校準
校準系統如圖11所示。其中選用的滲氦型標準漏孔的氦漏率Q0要接近檢漏儀最小可檢漏率的50倍。校準步驟如下：
1、開閥1，用檢漏儀的預抽系統將滲氦型標準漏孔的出口端抽成真空后，關閥1。
2、開閥2，讓干噪空氣進入流量計。
3、調節針閥，使檢漏儀質譜室的壓力達到工作壓力，并通過流量計讀取通過針閥的空氣流量Q，記下此時檢漏儀的本底I0，并測定最小可檢信號In。
4、慢慢打開閥1，記下檢漏儀輸出指示的穩定值I。
5、當質譜室中的氦抽速與空氣抽速之比為n時，此時質譜室中氦的分壓力分數變化量Δγ應為
因此，儀器的最小可檢分壓力分數可由下式計算：
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式中 γmin——儀器最小可檢分壓力分數比；
In——儀器的最小可檢信號，單位為檢漏儀輸出指示單位；
I——由漏孔產生的輸出指示值，單位同In；
I0——本底，單位同In。
Q0——標準漏孔的氦漏率，單位為Pa·m3/s；
Q——空氣流量，單位為Pa·m3/s；
n——質譜室的氦抽速與空氣抽速之經。?
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圖11 儀器最小可檢分壓力分數校準系統
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