受上海一單位的委托，北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司承擔(dān)了防爆型氫氦質(zhì)譜檢漏儀的開發(fā)任務(wù)。根據(jù)用戶的要求，該檢漏儀用于特殊場(chǎng)合檢測(cè)氫氣或氦氣的泄漏，初步設(shè)定的使用場(chǎng)所為石化行業(yè)中的原油裂解加氫裝置所在的廠房，工作環(huán)境屬于一級(jí)危險(xiǎn)區(qū)域。因使用場(chǎng)所的特殊性，要求采用國際通行的防爆模式，易于搬運(yùn)和方便遠(yuǎn)距離操作，探漏吸槍距離主機(jī)約10米，因此采用特殊設(shè)計(jì)和器件選擇，具有一定的難度，但正是因?yàn)檫@種特殊性，用戶才找到我們，這是用戶對(duì)我們的信任。完成研制屬國內(nèi)首創(chuàng)，具有先進(jìn)性和實(shí)用性。

　　我公司生產(chǎn)檢漏儀最早可追溯到六十年代初期，從八十年代初期開始在一個(gè)較高的起點(diǎn)上引進(jìn)國外機(jī)型研制開發(fā)，近十年來有了較大的發(fā)展，到目前為止有了三大系列十幾種產(chǎn)品。盡管有一定的基礎(chǔ)，但對(duì)于這種特殊的檢漏儀還從未接觸過，尤其是使用于易燃易爆的氫氣環(huán)境中，聽著都令人心跳。在項(xiàng)目開發(fā)初期，許多人對(duì)項(xiàng)目能否開發(fā)成功深表懷疑。經(jīng)過廣泛的調(diào)研，我們確實(shí)感到了這一研制任務(wù)的難度。市場(chǎng)上廣泛出售的傳感式氫氣濃度檢測(cè)儀只能檢測(cè)氫氣濃度，且氣體傳感器檢測(cè)方法精度遠(yuǎn)低于質(zhì)譜法。國外某著名公司的檢漏儀具有可同時(shí)檢測(cè)氦氣和氫氣的功能，但不防爆，我們嘗試購買機(jī)芯散件加以改造，但價(jià)格比購買整機(jī)還貴。國外另一家著名公司新開發(fā)出的一種檢漏儀采用隔爆形式，可用于爆炸性氣體環(huán)境，但只能檢測(cè)氦氣，不能檢測(cè)用戶要求的氫氣漏率。我們找不到可以參考的資料，只能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上獨(dú)立開發(fā)。

　　經(jīng)過分析，我們將困難歸結(jié)為兩點(diǎn):

　　1)我們現(xiàn)有的只能用于氦檢測(cè)的檢漏儀改造為既能檢氦氣又能檢氫氣的檢漏儀；

　　2)氣的爆炸下限為4%,爆炸上限為75%,著火點(diǎn)為585℃。按石化行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，空間中的氫氣濃度不能高于0.4%，在此環(huán)境中檢漏儀不應(yīng)被引爆也不應(yīng)成為爆炸點(diǎn)，因此應(yīng)特殊設(shè)計(jì)和器件選擇，制造防爆型檢漏儀。

　　針對(duì)以上兩點(diǎn)，我們?cè)诳尚行苑治觥⒎桨冈O(shè)計(jì)時(shí)考慮了如下幾個(gè)方面:

　　1.根據(jù)氦質(zhì)譜分析的基本公式

式中R為離子偏轉(zhuǎn)軌道半徑(厘米)
　　B為磁場(chǎng)強(qiáng)度 (特斯拉)
　　M/Z為離子的質(zhì)量與其電荷數(shù)之比
　　U為加速電壓(伏特)

　　由上式可知，當(dāng)R.B為定值時(shí)，改變加速電壓可使不同質(zhì)量的離子通過接收狹縫到達(dá)接收極而被檢測(cè)，如下圖所示:

　　由上述公式可知，當(dāng)B,U 一定時(shí)，不同質(zhì)荷比M/Z的離子將以不同的半徑R偏轉(zhuǎn)而彼此分開:質(zhì)量小的離子偏轉(zhuǎn)半徑小，質(zhì)量大的離子偏轉(zhuǎn)半徑大。氫氣的質(zhì)量數(shù)為2,氮?dú)獾馁|(zhì)量數(shù)為4，兩者電離后的電荷數(shù)同樣為1，即氫氣離子的質(zhì)荷比是氦離子質(zhì)荷比的1/2.若使用同一個(gè)質(zhì)譜室，根據(jù)上述公式，在同樣大小的偏轉(zhuǎn)半徑下，若想能夠檢測(cè)到氫氣離子，只有減弱磁場(chǎng)強(qiáng)度B或加大加速電壓U兩種方式。若B不變，理論上U加大到原檢測(cè)氦峰電壓的兩倍時(shí)可調(diào)出氫峰，但原氦峰對(duì)應(yīng)的電壓已接近300V，則氫峰電壓應(yīng)達(dá)到600V,需要對(duì)變壓器和離子源供電電路做大的改動(dòng):若U不變，則B減弱到原B值的一半，可出氫峰，但想在同一個(gè)質(zhì)譜室同時(shí)調(diào)出氫峰、氦峰，對(duì)固定磁場(chǎng)的磁分析器這樣做是不現(xiàn)實(shí)的。我們綜合上述兩種方式，總體方案是采用比原磁場(chǎng)偏弱的磁場(chǎng)強(qiáng)度，但不至于損失靈敏度的條件下改造離子源供電電路。另一方面，因?yàn)闅錃獾姆肿恿啃。�分子泵�?duì)氫氣的壓縮比比對(duì)氦氣的壓縮比小，故逆擴(kuò)散到經(jīng)分子泵形成高真空的質(zhì)譜室中的氫氣分子比氦分子多，形成的儀器氫本底較高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在偏弱磁場(chǎng)下，不到2倍氦峰加速電壓應(yīng)能調(diào)出氫峰，隨后在試驗(yàn)中驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

　　2.在箱體設(shè)計(jì)方面，我們綜合考慮了各方面的因素。如考慮了各種防爆形式后，確定只有正壓防爆型 是可行的;而且在征求用戶意見后，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，采用的是正壓充氣型而不是正壓通風(fēng)型，且實(shí)現(xiàn)充氣過程的自動(dòng)控制。檢漏過程中采用手動(dòng)閥而不采用電磁閥，以減少電器元件。將原機(jī)中的手持顯示盒改成機(jī)內(nèi)布板安裝，以解決只能將手持顯示盒做成隔爆型或本安型所產(chǎn)生的重量過大、電氣接口復(fù)雜這樣的難題。

　　3.在分子泵的選取中，我們選用了美國Varian公司的V70型分子泵。它具有兩擋轉(zhuǎn)速(75KRPM和 50KRPM)，因轉(zhuǎn)速較高，在原儀器上信號(hào)較小，正好有利于降低H2本底值。經(jīng)選取合適抽速的 機(jī)械泵后，確定高轉(zhuǎn)速測(cè)氫，低轉(zhuǎn)速測(cè)氦的方案，解決了氫本底值過高的問題，儀器氫本底值 遠(yuǎn)低于用戶提出的檢測(cè)靈敏度要求。