四極質譜計泄漏檢測具體應用

2009-04-08 真空低溫技術與物理國家級重點實驗室

1、火箭共底泄漏檢測

        在火箭燃料加注過程中,為了保證人員及火箭安全,必須對共底氫、氧濃度及其泄漏進行實時有效檢測和監測,否則一旦出現泄漏,可能會造成氫、氧混合而引發爆炸事故。利用抽空管道及質譜進樣分析技術,結合四極質譜計對分壓力測量功能即可實現遠程及實時監測。在實際應用中,采用四極質譜計進行氫濃度測量。壓電晶體閥將共底氣體引入真空室,質譜計按氣體分子不同的質荷比進行分離,以質譜形式傳遞給計算機。計算機根據掃描電壓確定氣體成分,根據譜峰強度計算氣體濃度。由此判斷火箭共底是否存在泄漏并判定漏率大小,以確保火箭、衛星及人員等的安全。

2、衛星推進劑泄漏檢測

        目前衛星常用的推進劑燃料主要有單組元無水肼(N2H4)和雙組元推進劑甲基肼(MMH)、四氧化二氮(MON-1)。這些物質都屬于對人體有害的劇毒物質,需要對其泄漏進行實時檢測和監測。在衛星推進系統燃料加注中及發射前衛星在技術陣地和發射陣地的停放期間內,必須對衛星內部和衛星周圍環境進行推進劑危險氣體濃度檢測。通過對空氣中微量的推進劑濃度測量,確定推進劑是否泄漏、泄漏位置及泄漏程度,當推進劑氣體濃度達到設定閾值時,能及時準確報警。

       推進劑泄漏檢測和監測是一項十分復雜的技術,其特殊要求如下:

     (1)檢測對象復雜,多成分同時檢測。要求監測儀器具有較高的鑒別能力,進行多組分同時檢測時,互不干擾,防止由于環境干擾而產生誤報。

     (2)快速的響應時間。要求檢測儀器能對泄漏的發生快速響應,及時預警并采取預防措施,防止事故的擴大。

     (3)靈敏度高,濃度范圍寬。要求儀器對微量泄漏也能及時有效地進行檢測,靈敏度要高,同時應能滿足各個濃度范圍的檢測能力。

     (4)穩定可靠,適應于衛星發射環境和特殊要求。要求儀器滿足衛星技術陣地和發射陣地的環境要求,工作穩定可靠。

       針對上述特殊要求并和其他檢測方法進行比較,普遍認為采用四極質譜計對其進行監測是一種理想的檢測方法。該方法具有靈敏度高、鑒別能力強、快速響應、多組分同時檢測等特點,特別適合于大型航天器多種推進劑同時存在的環境中危險氣體的檢測。

3、星用鎳-氫蓄電池氫工質漏率檢測

        Ni-H2 蓄電池是衛星、飛船等航天器上重要的能源部件,其結構為全密封金屬罐體結構。罐內裝有工作介質氫氣。當電池滿電荷工作時,電池內氫壓力可高達4.8 MPa。因此電池罐內氫氣如果以一定的漏率向外泄漏,造成的影響一方面是減少電池的使用壽命,另一方面是氫氣的泄漏有可能引起燃燒或爆炸。為了確保航天器的質量,提高壽命和安全,必須對Ni-H2 蓄電池氫工質漏率進行檢測。

         星用Ni-H2 蓄電池氫工質漏率檢測的難點在于泄漏工質為氫氣,而且其漏率指標為1×10-7 Pa·m3/s,采用一般的磁偏轉檢漏儀難以滿足檢漏的要求,必須采取其他方法對其進行檢測。利用四極質譜計多離子流模式對氫離子流進行檢測,并和標準漏孔加以比對,即可計算得到Ni-H2 蓄電池氫工質泄漏數據。這已在實際檢測中取得了良好的效果。

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