[發(fā)明專(zhuān)利]具有納米多孔薄膜的嗅覺(jué)泄漏檢測(cè)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480029105.8
• 申請(qǐng)日: 2014-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105229439A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧道夫·格道
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 英福康有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01M3/20
• 分類(lèi)號(hào): G01M3/20;B01D53/22
• 代理公司: 深圳中一專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于吸入待分析的氣體的嗅覺(jué)泄漏檢測(cè)器。

背景技術(shù)

嗅覺(jué)泄漏探測(cè)器用于分析氣體并設(shè)有用于吸入待分析的氣體的嗅探頭。所述氣體分析通常利用質(zhì)譜儀在高真空室中進(jìn)行。在質(zhì)譜氣體分析中，處于大氣壓力下的氣體(大氣)通常是在測(cè)試目標(biāo)的疑似泄漏部位附近被吸入的。所述測(cè)試目標(biāo)充滿著測(cè)試氣體例如氫氣或氦氣之類(lèi)。所述測(cè)試目標(biāo)內(nèi)部的測(cè)試氣體的氣壓高于周邊環(huán)境中的大氣壓力，使得測(cè)試氣體會(huì)從測(cè)試目標(biāo)的泄漏處逸出并進(jìn)入測(cè)試目標(biāo)附近的空氣中。被通過(guò)嗅探頭吸入的氣體以主體氣流或局部氣流的形式被提供到所述高真空室中，測(cè)試氣體(氫氣或氦氣)的局部氣壓在這里被測(cè)量。

嗅覺(jué)泄漏探測(cè)器對(duì)測(cè)試氣體的檢測(cè)極限是檢測(cè)質(zhì)量的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。所述檢測(cè)極限是被吸入的氣體中的測(cè)試氣體的最小的可檢測(cè)到的濃度。所述檢測(cè)極限越低，所述測(cè)量系統(tǒng)就越靈敏，可用于確定測(cè)試氣體的比例的準(zhǔn)確性也就越高。

眾所周知的是，可以在通向質(zhì)譜儀的高真空室的進(jìn)氣口處設(shè)置透氣薄膜，使部分被吸入的氣體通過(guò)該薄膜流動(dòng)。所述已知的薄膜為燒結(jié)陶瓷盤(pán)，其設(shè)置目的是提純比較輕的測(cè)試氣體如氦氣或氫氣，同時(shí)使較重的氣體成分的通過(guò)量減少。已知的燒結(jié)陶瓷盤(pán)適用于使用直接通向質(zhì)譜儀的高真空室(總壓力小于10^-4毫巴)的進(jìn)氣口的質(zhì)譜氣體分析。在使用通向高真空泵的預(yù)抽真空室的進(jìn)氣口，例如使用逆流泄漏檢測(cè)器時(shí)，氣體傳導(dǎo)率不足以產(chǎn)生所需的大約增大100倍的氣流。

本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)提供足夠高但是仍然為分子級(jí)別的，使進(jìn)入空氣中的氫氣的進(jìn)入量高于較重氣體的進(jìn)入量的氣體傳導(dǎo)率，來(lái)提高用于質(zhì)譜氣體分析的嗅覺(jué)泄漏探測(cè)器的檢測(cè)極限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的嗅覺(jué)泄漏檢測(cè)器被權(quán)利要求1中的特征定義出來(lái)。

在本發(fā)明的嗅覺(jué)泄漏檢測(cè)器中，通到質(zhì)譜儀的進(jìn)氣口受到薄膜的影響，被吸入的氣體通過(guò)薄膜流動(dòng)，所述薄膜的透氣孔的直徑小于或等于空氣在大氣壓力和室溫下的自由行程。處于從950百帕到1050百帕的范圍內(nèi)的氣壓被視為大氣壓力。處于從15攝氏度到25攝氏度的范圍內(nèi)的溫度被視為室溫。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有至多對(duì)應(yīng)于空氣在大氣壓力和室溫下的自由行程的直徑的透氣孔即使在如常見(jiàn)于嗅覺(jué)泄漏探測(cè)器的進(jìn)氣薄膜前方的相對(duì)較高的壓力下，也會(huì)產(chǎn)生分子級(jí)別的氣流。較輕的測(cè)試氣體如氫氣或氦氣的傳導(dǎo)率特別高，而分析中所不需要的較重氣體的傳導(dǎo)率較低。這樣就產(chǎn)生了進(jìn)入真空室的分子級(jí)別的氣流，該氣流包含測(cè)試氣體并且沒(méi)有粘滯性，但是在其中分子是獨(dú)立于彼此地并且以不同速率進(jìn)行移動(dòng)的。較輕的氣體，包括測(cè)試氣體中的氫氣和氦氣，移動(dòng)得特別快，從而使它們?cè)诟哒婵帐抑兴嫉谋壤笥谠诒晃氲臍饬髦兴嫉谋壤?，這樣就提高了檢測(cè)極限。通過(guò)以前的燒結(jié)薄膜技術(shù)，也可以做到一定的改進(jìn)，然而可以進(jìn)入的氣體流量將會(huì)太小，使得檢測(cè)極限甚至?xí)戎苯舆M(jìn)氣(例如通過(guò)氣孔進(jìn)氣)的情況下更差。

這樣，本發(fā)明基于上述理念把透氣孔的開(kāi)口設(shè)計(jì)得盡可能小，并且優(yōu)選地使它們的直徑盡可能相等?；诖丝紤]，提供盡可能多的透氣孔，以便在透氣孔孔徑較小的情況下也仍然允許較大量的氣體通過(guò)，是非常有利的。

類(lèi)似的薄膜在不同技術(shù)領(lǐng)域中也是已知的——即液體中的大分子的超濾——其中它們并未用于提高嗅覺(jué)泄漏檢測(cè)器的檢測(cè)極限，但是用于具有高精度的大分子限制性過(guò)濾。

透氣孔的直徑可以是例如小于或等于20納米(nm)。任何透氣孔的直徑應(yīng)該與所有透氣孔的平均直徑相差至多約50％，優(yōu)選為相差至多約20％，以便讓透氣孔在尺寸上盡可能的相似，使得較重的氣體即使具有不需要的高壓力差也能夠通過(guò)。

為了仍然允許足夠大比例的氣體通過(guò)，所有透氣孔的開(kāi)口的總面積在整個(gè)薄膜的表面積中所占的比例應(yīng)該為至少約20％，優(yōu)選為至少約40％。所有氣孔的截面總面積在整個(gè)薄膜的表面積中所占的比例可以處于25％到50％的范圍內(nèi)。

透氣孔的密度應(yīng)該盡可能高。優(yōu)選地，薄膜應(yīng)該在其每一平方微米(μm²)的表面積中具有至少20個(gè)，優(yōu)選為25個(gè)透氣孔。相鄰的透氣孔之間的壁厚度，也就是相鄰的透氣孔的邊緣之間的最小距離，應(yīng)該盡可能?。辉摵穸葢?yīng)小于100納米，優(yōu)選為小于80納米。

薄膜的本身厚度應(yīng)該小于100微米，優(yōu)選為小于50微米，還可能僅為10微米或更小，以便保持透氣孔的長(zhǎng)度盡可能短。

在大氣壓力和室溫下，如果所有透氣孔的平均直徑除以被吸入的氣體(空氣)的平均自由行程所得的商數(shù)大于0.5，則是非常有利的。對(duì)于所述平均自由行程I和被吸入的空氣的氣壓p，以下關(guān)系成立：