航天器推进系统漏率测试不确定度评定

基于常压氦质谱累积检漏,提出了航天器推进系统漏率测试不确定度评定方法,建立了一元一次线性数学模型,运用最小二乘法理论对比分析了氦气累积过程和漏率标定过程的A类和B类不确定度计算结果,试验验证检漏不确定度评定的影响因素,认为氦气累积过程B类不确定度对航天器推进系统漏率测试结果的不确定度评定影响较大,而B类不确定度主要来源于检测仪器的固有测试误差,同时总结了检漏仪测试数据变化量与漏率测试不确定度的关系,为提高航天器推进系统漏率计算结果精准性指明了方向。     

一种下限为10~(-10)Pa·m~3/s的正压漏孔校准装置

为了解决漏率小于10~(-8)Pa·m~3/s正压漏孔(示漏气体为He气)的校准问题,研制出下限可达10~(-10)Pa·m~3/s的校准装置。提出基于累积比较的正压漏孔校准方法,通过向漏孔入口充入100 kPa高纯度N_2气模拟大气压环境,将漏孔泄漏后的示漏气体引入累积室经过一段时间的累积来提高浓度,采用膨胀衰减压力和分子流进样将混合气体引入质谱分析室,提出对质谱分析室中示漏气体进行累积模式的测量方法,通过四极质谱计作为比较器分别测量漏孔泄漏形成的混合气及配置的标准混合气体在累积模式下离子流的变化率得到漏孔漏率,解决了无法测量微小示漏气体离子流信号的技术瓶颈;采用全金属密封结构和特殊的工艺处理解决了累积室中延伸下限由于本底示漏气体的影响因素,采用体积小于1 mL的取样室通过直接取样和膨胀衰减压力取样获得与漏孔累积后形成同等数量的标准混合气体,解决了微小漏率正压漏孔校准所用标准混合气体获得。为此基于累积比较法的正压漏孔校准方法实现了10~(-8)～10~(-10)Pa·m~3/s的校准范围,合成标准不确定度不超过7. 5%。     

检漏容器的密封性能对航天器总漏率测试的影响研究

采用非真空氦质谱累积法进行航天器密封系统的总漏率测试时,需要检漏容器对密封系统泄漏出的氦气进行收集。本文通过理论分析,并用正压氦漏孔模拟航天器密封系统的泄漏进行试验验证,得出了检漏容器的密封性能对航天器密封系统总漏率测试的影响,为检漏容器的泄漏给出了建议指标。     

全氟三乙胺泄漏率质谱分析测试方法研究

为了确保航天器热控制系统的密封性能,针对其采用的液态工质全氟三乙胺提出了一种工质泄漏率测试方法.首先将加注工质后的航天器产品放入一非真空收集容器并进行密封,对其泄漏的全氟三乙胺进行累积收集,一定时间后,利用四极质谱仪对其浓度变化量进行测试,随后通过放样对系统进行标定,通过计算确定产品的泄漏率.通过对一支漏率已知的标准漏孔进行测试,验证了方法的可行性.经分析,优先选择质量数119的谱峰进行测试,在收集容器容积150 m3、累积时间24h工况下,最小可检漏率达0.002ml/24h,该系统对大气环境中全氟三乙胺浓度测试的灵敏度达1.4×10-9.该技术比常规的氦质谱检漏技术能更加真实反应航天器的泄漏状态.     

刚性收集室的密封性对航天器总漏率测试结果的影响

刚性收集室是航天器总漏率测试系统的核心设备,但其密封性对测试结果的影响却鲜有研究。本文首先以刚性收集室中的氦气浓度为研究变量,通过建立和求解常微分方程定量得到了氦气浓度随时间变化的数学解析解。其次,通过对比刚性收集室泄漏与不泄漏的理想情形,得到了由于刚性收集室的密封性而导致的测试误差与时间之间的数学表达,并结合具体两例讨论了刚性收集室的密封性对检漏测试结果的影响。研究结果表明:测试结果的相对误差与被测件的泄漏率、累积时间、收集室的密封性以及有效容积均相关。本文的研究结论可以为氦质谱非真空累积检漏法的工程实施提供理论依据。     

升压法漏率测量装置的研制

本文介绍了一种基于升压法的漏率测量装置,通过在传统升压法的基础上添加标准室,降低了测量过程中本底放气的影响,全金属密封避免了氦气的渗透,利用数据采集卡和组态王软件实现数据的连续采集和记录。装置测量了104Pa-105Pa下氦气通过测试元件的漏率,并利用检漏仪对测试结果进行了验证,相对误差在5.8%左右。本装置可以实现10~(-8)Pa m~3/s量级以下的漏率的精确测量。     

一种下限为5×10~(-16)Pa·m~3/s的高精度超灵敏度检漏装置

为了解决长寿命、高可靠真空器件的封装检漏需求,研制出下限可达5×10~(-16)Pa·m~3/s的高精度超灵敏度检漏仪。当前基于动态分流原理的通用检漏仪由于引进质谱计分析室的示漏气体量小致使实际检漏下限为10~(-11)Pa·m~3/s,通过软件修正实现的检漏下限可达10~(-12)Pa·m~3/s;基于累积法的超灵敏度检漏下限可达5×10~(-15)Pa·m~3/s,该方法采用商用漏孔作为参考标准,通过线性递推得到的检漏结果偏差可达一个数量级以上,严重影响特殊应用领域器件的高可靠性和寿命。本文在原有的研究基础上,提出累积比较检漏方法。在特殊加工的累积室中对示漏He气进行累积,使其形成的分压力在质谱计测量范围内;通过对累积室内壁的特殊工艺处理获得了更小的示漏气体本底压力;用新研制的下限为5×10~(-16)Pa·m~3/s高精度流量计作为参考标准比较获得被检测器件漏率,避免传统采用自身偏差较大的漏孔作为参考标准和使用线性递推得到漏率引入的较大偏差。实验结果证明,所研制装置的检漏范围为10-12～5×10~(-16)Pa·m~3/s,检漏结果的不确定度为5. 3%～13%。     

高效气体发生器氦检系统的设计研制

针对汽车安全气囊气体发生器自动化装配生产线中氦检工位检测精度与工作节拍矛盾的问题,结合真空箱氦检法的优点,设计了高效气体发生器氦检系统。基于发生器结构组成和氦检工作原理的特点,进行了理论计算和气动控制系统设计,在该系统中进行了大漏检测、无氦气填充实心件检测和标准件在线检测实验。实验结果证明,系统大漏防错件检测压力均大于180 Pa,合格产品检测压力均小于60 Pa,无氦气填充实心件的氦检漏率在10-10Pa·m~3/s数量级,在线产品氦检泄漏率均小于2.7×10~(-7)Pa·m~3/s,氦检节拍小于8 s,氦检系统的检测功能、工艺流程和防错等方面能够满足发生器自动化产线要求。     

低充氦浓度氦质谱检漏技术应用研究

为解决不允许抽真空和充压的密封装置的密封性能检测问题,开展了较低充氦浓度的氦质谱检漏模拟实验。实验采用通道型标准漏孔和模拟密封容器,在容器内的氦气浓度为0.5‰,1‰,3‰,5‰时分别实测了混合气体中氦气通过漏孔的漏率,基于混合气体以同种比分通过分子流漏孔的假设,不同浓度下测得的漏率结果与理论计算相比较;实验得出了在一定体积的空间内定点释放少量的氦气自由扩散至基本均匀分布所需时间。在实验的基础上,专门设计低充氦浓度检漏的标定装置,可降低因标准漏孔的氦浓度与检漏充氦浓度相差较大而引入检漏结果的不确定度。     

比较法校准氦真空参考漏孔漏率及合成不确定度评定

直接比对法是氦质谱检漏仪在稳定工作和引入气体相同条件下,将参考漏孔流出的氦气和标准漏孔提供的已知流量的氦气分别引入校准室中,用氦质谱检漏仪分别测量氦气产生的离子流,通过比较两次离子流的测量值计算出参考漏孔漏率的一种校准方法。这种校准范围为1×10-7Pa.m3/s~1×10-10Pa.m3/s。对同一参考漏孔,采用同样的校准测量,可以采用高斯分布统计的方法获得校准不确定度,其他不确定度分量由氦质谱检漏仪组成的校准装置决定,其合成相对不确定度可达到10%。     

气体间漏率等效关系的直接模拟蒙特卡洛分析

研究气体间漏率的等效关系,对提高检漏数据判读的准确性具有重要意义。本文基于对金属压扁型漏孔的研究,通过建立分析模型,运用直接模拟蒙特卡罗法数值模拟方法得出了气态工质的漏率曲线及不同工质间漏率的等效关系,验证了气态工质泄漏模型的正确性,可实现已知示漏气体漏率情况下实际工质漏率的虚拟预示。研究结果表明,不同气态工质在同一条件下漏率存在着较大差异,但都随两端压差增大而增大,呈近二次多项式变化趋势,仿真结果与理论分析相符。气态工质间漏率等效性在He漏率≤10-6Pa·m~3/s和He漏率≥10-3Pa·m~3/s时趋于恒值;而当He漏率在[10-6,10-3]Pa·m3/s时,漏率等效性存在着先上升后下降的多项式变化形式,且最大值出现在这一区域之间。研究结果为实际工质与示漏工质间漏率等效数值研究提供了基本方法和参考数据。     

氦质谱非真空积累检漏法待测时间研究北大核心CSCD

以Fluent的CFD仿真为手段,通过考查放样气体在某收集室内强迫对流的分布规律,来优化氦质谱非真空累积检漏法的待测时间。研究结果表明:该收集室在自带风机的作用下230 s内即达到了氦气的空间浓度分布小于3%的要求;建议该收集室的待测时间调整为5 min。本文的结论可以为氦质谱非真空累积检漏法的具体实施提供一定的技术支撑。     

氦质谱非真空积累检漏法待测时间研究

以Fluent的CFD仿真为手段,通过考查放样气体在某收集室内强迫对流的分布规律,来优化氦质谱非真空累积检漏法的待测时间。研究结果表明:该收集室在自带风机的作用下230 s内即达到了氦气的空间浓度分布小于3%的要求;建议该收集室的待测时间调整为5 min。本文的结论可以为氦质谱非真空累积检漏法的具体实施提供一定的技术支撑。     

航天器氦质谱真空容器总漏率检测的灵敏度及可信度探讨

依据航天器氦质谱真空容器总漏率检测原理,讨论了检漏仪和真空容器直接相连、同真空容器主真空泵并联、在前级泵和主真空泵间等连接方式,逐项研究了总漏率测试的最小可检漏率、反应时间,分析各种连接方式的应用特点,认为对大型航天器氦质谱真空容器检漏系统,检漏仪连接在前级泵和主泵之间可得到较好的灵敏度和反应时间.通过测量不确定度的分析与评定,确定一般航天器氦质谱真空容器总漏率检测的相对标准不确定度小于10％.     

大容积密闭容器背压法漏率检测关键技术研究

围绕容积为104cm~3量级的密闭容器开展背压法漏率检测关键技术研究,分析了压氦压力、压氦时间、容器内外壁气体解吸附等因素对实验结果的影响机制,建立了一套可用于大容积密闭容器的背压法检漏流程。理论和实验研究结果表明,将背压法用于预制漏率为10~(-6)Pa·m~3/s量级的大容积密闭容器的漏率检测是可行的。随着漏孔漏率的降低(低于10~(-7)Pa·m~3/s量级),试验件的最低可检漏率也将逐渐低于氦质谱检漏仪的有效检测漏率,而由于被检对象的本底漏率值无法提前获知,将造成将背压法用于更低漏率的大容积密闭容器的漏率测试结果误差极大地增加。相关研究结果对于大容积密闭容器的漏率检测具有一定的理论指导价值。     

超灵敏度质谱检漏实验的新结果

为适应对真空及压力器件密封性日益增长的要求 ,尤其是确保小体积密封真空器件的长期可靠性 ,研制了一套超灵敏度检漏系统。这套全金属的超高真空系统主要由分子泵、离子泵、无油前级泵、消气剂泵和高性能的四极质谱计等组成 ,由于采用了现代先进的真空技术 ,仅在几个小时内就可达到 10 - 6 Pa的工作压强。该系统有两种检漏模式 ,累积模式用于漏率小于 5× 10 - 1 2 Pa· m3/s漏孔的检漏 ,更大的漏率则用动态检漏模式。实验结果表明该系统的最小可检漏率可达 1× 10 - 1 5Pa· m3/s。     

橡胶管在氦质谱检漏中渗氦研究

氦质谱检漏是真空检漏的重要方法,它利用氦气作为探测气体对密闭容器进行漏率检测,但在检漏中发现橡胶管有渗氦现象,渗透的氦气直接影响检漏结果,造成漏率偏大;该文对这种现象进行实验研究,1)同等长度橡胶管,在不同温度下进行实验,验证漏率与温度的关系。2)在同等温度条件下,通过改变橡胶管长度,验证漏率与橡胶管长度的关系。针对实验数据进行分析,拟合时间-漏率曲线,找出影响橡胶管渗氦的因素,为真空检漏人员提出改进建议。     

一种微小漏率正压漏孔校准的气体取样系统及方法

正申请(专利)号:201811431861. X公开(公告)日:2019-03-08申请(专利权)人:北京东方计量测试研究所摘要:本发明一种微小漏率正压漏孔校准的气体取样系统及方法,包括分子泵抽气系统、氦气瓶、氮气瓶、气体采样阀门、气体取样室、气体膨胀室、气体累积室、第一第二真空计、第一至第七真空阀门及恒温箱;分子泵抽气系统通过第一真空阀门、且氦气瓶的出气口与第二真空阀门的一端连     

一种下限为5×10^(-16)Pa·m^3/s的高精度超灵敏度检漏装置北大核心CSCD

为了解决长寿命、高可靠真空器件的封装检漏需求,研制出下限可达5×10^(-16)Pa·m^3/s的高精度超灵敏度检漏仪。当前基于动态分流原理的通用检漏仪由于引进质谱计分析室的示漏气体量小致使实际检漏下限为10^(-11)Pa·m^3/s,通过软件修正实现的检漏下限可达10^(-12)Pa·m^3/s;基于累积法的超灵敏度检漏下限可达5×10^(-15)Pa·m^3/s,该方法采用商用漏孔作为参考标准,通过线性递推得到的检漏结果偏差可达一个数量级以上,严重影响特殊应用领域器件的高可靠性和寿命。本文在原有的研究基础上,提出累积比较检漏方法。在特殊加工的累积室中对示漏He气进行累积,使其形成的分压力在质谱计测量范围内;通过对累积室内壁的特殊工艺处理获得了更小的示漏气体本底压力;用新研制的下限为5×10^(-16)Pa·m^3/s高精度流量计作为参考标准比较获得被检测器件漏率,避免传统采用自身偏差较大的漏孔作为参考标准和使用线性递推得到漏率引入的较大偏差。实验结果证明,所研制装置的检漏范围为10-12～5×10^(-16)Pa·m^3/s,检漏结果的不确定度为5. 3%～13%。     

EAST复合材料轴向绝缘子性能测试

对EAST装置磁体系统的高性能氦气密封复合材料轴向绝缘子的性能作了全面的试验测试分析。试验结果表明:在室温和液氮温度下耐直流和耐交流电压都大于30 kV,低温下可大于45kV;液氦温度下承受10 MPa氦气内压漏率低于10-9Pa.m3/s;拉伸和弯曲试验中在金属部分变形前机械性能良好。该绝缘子整体性能满足EAST的所有技术要求。