如何在（真空）泄漏测试中节省氦气
泄漏检测通常使用氦气作为示踪气体，这主要是由于氦气的理想特性。首选氦气作为示踪气体的原因如下：
- 它在空气中的自然本底很低，因此泄漏气体能与周围空气可靠地区分开来
- 它是惰性的，不会与任何其他介质发生反应
- 不会排放到典型的工业测试区域
- 对任何人的健康无害，而且环保
然而，氦气的消耗会影响操作成本。因此，许多用户都在寻找在真空检漏中节省氦气的方法。本文将介绍如何节省氦气、节省氦气的步骤以及需要注意的事项。
使用较低浓度的氦气
在许多工业应用中，没有必要使用纯氦气。氦气作为一种惰性气体，只需与空气混合，即可用于泄漏测试。不过，这样做需要考虑几个问题。
适当控制混合气体中的氦浓度
要获得准确的泄漏测试结果，必须正确控制示踪气体混合物中的氦气浓度。浓度的任何偏差都会导致泄漏率的偏差，而且通常会放大。
例如 泄漏测试使用空气中 10% 的氦气混合物。如果氦气浓度波动 ±1%（氦气浓度在 9% 和 11% 之间波动），则检测到的泄漏率偏差为 ±10%（=1%/10%）。 |
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为了准确检测泄漏，氦气混合物的浓度应控制在绝对浓度的 5%范围内。(例如，在氦气浓度为 10%的例子中，浓度应始终保持在 9.5%至 10.5%之间）。泄漏率的 5%偏差意味着，例如，2-10-5 mbar-l/s 的泄漏率显示为 2.1-10-5 mbar-l/s 的泄漏率。
使用灵敏度足够高的检漏仪
如果要使用稀释的氦气，则需要考虑到检漏仪只会对示踪气体中的氦气部分产生反应。因此，您需要确保仍能可靠地检测到较少量的氦气。例如，如果示踪气体混合物中含有 10% 的氦气，那么检漏仪必须能够检测到比实际泄漏率小十分之一的泄漏，在这种情况下，即泄漏率的 1/10。
如何根据稀释氦气调整泄漏检测流程
如果要使用稀释氦气，则需要在泄漏检测标准操作程序中考虑到这一点。这主要影响到如何校准检漏仪以及如何设置触发水平。您可以通过调整触发值或在校准程序中调整泄漏率来补偿较低的氦气浓度
提示 INFICON 的嗅探式检漏仪允许在检漏仪菜单中输入所用氦气的浓度，检漏仪软件会自动进行所有调整 - 以便轻松可靠地使用稀释示踪气体。 (使用 INFICON 的嗅探式检漏仪时，可以跳过本章的其余部分，直接进入下一个标题）。 |
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要调整触发值，应将新的触发水平设置为原始值乘以氦浓度。
示例 如果要测试 2-10-5 毫巴-升/秒的剔除泄漏率，并且只打算使用 10% 的氦气，则需要将触发水平调整为 2 · 10-5 mbar·l/s · 10% = 2 · 10-6 mbar · l/s 如果要测试 3-10-6 毫巴-升/秒的剔除泄漏率，并且只打算使用 30% 的氦气，则需要将触发水平调整为 3 · 10-5 mbar·l/s · 30% = 9 · 10-6 mbar · l/s |
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另外，如果您想在校准过程中补偿氦气浓度，最明显的方法是使用一个测试漏孔进行校准，该漏孔也充有氦气浓度，稍后将用于泄漏测试过程。不过，您也可以使用充有纯氦气的校准泄漏进行正确校准。为此，只需按氦气百分比调整校准泄漏率即可。校准设置中使用的泄漏率应该是测试泄漏的泄漏率除以氦气浓度。
Example 3-10-6 mbar-l/s 校准泄漏将用于校准。系统将使用空气中 10% 的氦气混合物。因此，只有 10% 的泄漏气体是氦气。在这种情况下，可以将泄漏率设置为 3 · 10-6 mbar . l/s / 10% = 3 · 10-5 mbar · l/s |
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在校准程序中，系统将在校准后正确显示所有检测到的泄漏率。
如果您使用相同的校准泄漏，但打算使用 30% 的氦气，则需要将校准设置调整为
3 · 10-5 mbar . l/s / 30% = 1 · 10-4 mbar · l/s
请注意，在这种方法中，触发值不应改变其原始值。
使用线性度良好的检漏仪
当使用较低浓度的氦气时，检漏仪的氦气信号将更接近检漏仪的检测极限。在这种情况下，特别重要的是不要用太小的泄漏量进行校准，例如用相当于剔除泄漏率的泄漏率进行校准。与剔除泄漏率相当的泄漏率现在会接近检漏仪的检测极限，从而导致校准精度降低（详见第一条提示 "校准中的 5 大错误以及如何避免这些错误.")
更好的方法是用更大的泄漏量进行校准，以获得准确且可重复的校准结果。不过，这需要测量信号具有良好的线性。在使用稀释氦气时，使用高精度的泄漏测试设备更为重要。泄漏率与剔除泄漏率相当的验证泄漏可用于测试系统的鉴定或工厂授权测试。
在真空检漏中使用动态背景抑制
使用稀释氦气可为较大体积的部件节省大量费用。但是，在真空泄漏测试中，由于使用低浓度氦气时需要等待较低的背景水平，因此真空室的抽真空过程会稍长一些。为了解决这个问题，INFICON 推出了 I-Zero 动态背景抑制（专利申请中）。LDS3000 检测系统具有出色的可重复性和线性度，能够精确预测背景信号的下降情况，从而使智能软件算法能够将其考虑在内。I-Zero 使您能够在背景不断降低的情况下可靠地测量小泄漏率，而不会漏检。通过 I-Zero 背景预测，可以快速启动测量，从而在不影响吞吐量的情况下节省大量氦气。
回收和再利用氦气
在许多工业流程中，氦气回收可用于减少氦气消耗。在氦气回收中，氦气是在泄漏检测过程后从待检测部件中回收的。通常情况下，只回收充入氦气的超压部分，例如，如果一个部件充入 5 巴氦气进行泄漏测试，氦气将被排放回示踪气体供应系统，直到部件中的压力降至大气压。在这种情况下，可以回收 4/5 = 80% 的氦气。剩余的氦气将留在部件中进行输送。
使用氦气回收系统时，系统中的氦气量会随着每个测试周期而减少。因此，氦气回收系统需要回充新鲜的氦气，以保持恒定的氦气浓度。在我们的例子中，每个测试周期都需要向系统回充内部 20% 的氦气。
氦气回收系统也可用于稀释氦气。在这种情况下，系统需要回充的氦气量就会大大减少。如果在空气中使用 10%的氦气，则系统在每个测试周期只需回充内部零件体积 20% 的 10%氦气 = 内部零件体积 2% 的氦气。
所用氦气的质量
氦气有不同的纯度等级：
| 氦气等级 | 氦气纯度 |
|---|---|
| 氦 5.0 | 99.999% 的氦气和 0.001% 的杂质 |
| 氦气 4.0 | 99.99% 的氦气和 0.01% 的杂质 |
| 氦气 3.0 | 99.9% 的氦气和 0.1% 的杂质 |
| 氦气 2.0 | 99% 的氦气和 1% 的杂质 |
| 氦气 3.5 | 99.95% 的氦气和 0.05% 的杂质 |
即使是纯度最低的氦气，杂质含量也只有 1%，因此造成的泄漏率误差为 1%。即使将这种低纯度氦气与空气混合 10%，杂质造成的泄漏率误差也只有 1%。
通常情况下，纯度较低的氦气售价较低。任何等级的氦气，甚至是低至 2.0 级的氦气，都可以顺利用于泄漏检测。因此，只需使用价格最低的等级即可。
降低部件的充气压力
有些用户要求降低部件的充气压力（以便减少充气所需的氦气），然后测试泄漏率是否降低。泄漏率通常随压力的二次方而变化，也就是说，如果将充气压力减半，则泄漏率仅为原来的 1/4。
虽然在数学上这是正确的，但还有其他因素会影响泄漏率。有些泄漏可能只在较高压力下才会打开，因此在低填充压力下泄漏率可能很低，但在工作压力下泄漏率会大得多。因此，我们建议始终使用与工作压力相当的示踪气体填充压力进行测试。
结论
如果将稀释氦气的使用与氦气回收结合起来，氦气的总用量通常可以减少 90% 以上。要做到这一点，需要对氦气浓度进行适当控制，并配备高灵敏度和精确度的检漏仪。
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