УЗЕЛ РЕГИСТРАЦИИ ИОННОГО ТОКА В МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОМ ТЕЧЕИСКАТЕЛЕ
ION CURRENT RECORDING UNIT IN MASS-SPECTROMETRIC LEAK DETECTOR

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.
-11
-14
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 A. Применение же заявляемого объекта изобретения позволило улучшить этот показатель сразу на три порядка, т.е. до 10 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.