除了真空系統(tǒng)本身及其結(jié)構(gòu)中使用的各個(gè)部件（真空室、管路、閥，可拆卸[法蘭]連接、測(cè)量?jī)x表等）之外，工業(yè)和研究領(lǐng)域還有大量的其他系統(tǒng)和產(chǎn)品也必須滿(mǎn)足相關(guān)氣密性的嚴(yán)格要求，或者需要形成所謂的“氣密”密封。

除了汽車(chē)和制冷行業(yè)的許多裝配工藝和工藝外，這還包括其他眾多工業(yè)分支領(lǐng)域。在此類(lèi)情況下，工作壓力通常會(huì)高于環(huán)境壓力。此處的“氣密”僅定義為相對(duì)的“不漏”。通常所作的一般性說(shuō)明，比如“沒(méi)有可檢出的漏氣”或“零漏氣率”并不能為驗(yàn)收測(cè)試提供充分的依據(jù)。每位經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師都知道，制定合理的驗(yàn)收規(guī)范需要指明在規(guī)定條件下的特定漏氣率（見(jiàn)下文）?？梢越邮艿穆饴室矐?yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用情況決定。

 泄漏類(lèi)型 

根據(jù)材料或連接失效的性質(zhì)，泄漏可分為以下幾種：

● 可拆卸接頭泄漏：法蘭、磨削配合面、蓋

● 永久連接泄漏：釬焊接頭和焊接縫、粘合接頭

● 孔隙導(dǎo)致的泄漏：特別是在發(fā)生機(jī)械變形（彎曲?。┗蚨嗑Р牧虾丸T造部件的熱處理后

● 高溫泄漏（可逆）：在極端溫度荷載（熱/冷）下形成的開(kāi)縫，主要是釬焊接頭處

● 虛漏：鑄造零件、盲孔和接頭內(nèi)的中空腔中釋放出的氣體量（還可能源于液體蒸發(fā)）

● 間接泄漏：真空系統(tǒng)或熔爐的供應(yīng)管路泄漏（水、壓縮空氣、鹽水）

●“串聯(lián)漏氣”：指幾個(gè)“串聯(lián)空間”的末端發(fā)生漏氣，例如旋片泵油箱漏氣

●“單向漏氣”：指氣體可沿一個(gè)方向通過(guò)，但在另一個(gè)方向上被封閉（漏氣量很小） 

● 某個(gè)區(qū)域不具氣密性，但并不是因?yàn)橛腥毕荻鴮?dǎo)致的漏氣稱(chēng)為滲透，也就是氣體通過(guò)橡膠軟管、彈性密封件等材料滲透（自然滲透性）泄漏（但此類(lèi)部件變脆并發(fā)生“泄漏”時(shí)除外）。

 計(jì)算漏率、漏點(diǎn)大小和質(zhì)量流量 

任何真空設(shè)備或系統(tǒng)都可能具有絕對(duì)的氣密性，而且實(shí)際上這也沒(méi)有必要。只要漏率足夠低，不會(huì)影響到所需的工作壓力、氣體平衡以及真空容器中的極限壓力就足夠了。對(duì)于裝置的氣密性要求越嚴(yán)格，所需的壓力水平就越低。為了能夠定量地記錄漏氣，引入了“漏率”的概念；漏氣率用符號(hào) Q_L 表示，以 mbar·l/s 或 cm³/s（STP）作為測(cè)量單位。在容量為 1l 并已抽真空的密閉容器中，若壓力每秒升高 1 mbar，則漏氣率為 Q_L = 1 mbar·l/s；或者如果容器中有正壓，若壓力每秒降低 1 mbar，漏氣率也是上述值。漏氣率 Q_L 定義為一種漏氣指標(biāo)，通常以 mbar·l/s 作為測(cè)量單位。借助狀態(tài)方程（1），如果給出了溫度 T 和氣體類(lèi)型 M，就能計(jì)算出 Q_L，并將其定量地記錄為質(zhì)量流量，例如以 g/s 作為測(cè)量單位。那么，相應(yīng)的關(guān)系為：

（1）

 （2）

式中 R = 83.14 mbar·l/mol·K，T = 溫度，單位為 K；M = 摩爾質(zhì)量，單位為 g/mol；Δm 為質(zhì)量，單位為 g；Δt 為時(shí)間周期，單位為 s。然后，使用式（2）

a）在已知 pV 和氣體流量 Δp·V/Δt 時(shí)，確定質(zhì)量流量 Δm / Δt（見(jiàn)有關(guān)壓升測(cè)試的頁(yè)面上的示例）或者

b）在已知質(zhì)量流量時(shí)，確定 pV 漏氣流量（見(jiàn)下例）。

以上面的情形 b）為例：

使用氟里昂（R 12）的制冷系統(tǒng)每年會(huì)流失1克氟里昂制冷劑（在 77°F 或 25℃ 溫度下）。那么漏氣流量 Q_L是多大呢？根據(jù)式（2），并代入 M(R12) = 121 g/mole：

因此，氟里昂流失量為 Q_L = 6.5·10^-6 mbar·l/s。根據(jù)下文針對(duì)高真空系統(tǒng)給出的“經(jīng)驗(yàn)法則”，本例中提到的制冷系統(tǒng)可被認(rèn)為是氣密系統(tǒng)。Q_L 的其他換算見(jiàn)下表1和表2所示。

▲ 表1 通量（Q_pv）單位的換算；（漏率）單位

▲ 表2 通量（Q_pv）單位的換算；（漏率）單位

總漏率 < 10^-6 mbar·l/s：設(shè)備氣密性非常高；總漏率 10^-5 mbar·l/s：設(shè)備具有足夠的氣密性；總漏率 > 10^-4 mbar·l/s：設(shè)備漏率較高。

事實(shí)上，泄漏可以通過(guò)一個(gè)具有足夠容量的泵來(lái)“克服”，因?yàn)橄率匠闪ⅲɡ?，在極限壓力 P_end 下，忽略從內(nèi)部表面釋放的氣體）：

（Q_L 為漏氣率，Seff 為在壓力容器處的有效抽速）

如果 Seff 足夠大，則不管漏氣率 Q_L 的值有多大，都始終能夠達(dá)到預(yù)先確定的極限壓力 P_end。但在實(shí)際應(yīng)用中，Seff 的無(wú)限提高會(huì)受到經(jīng)濟(jì)性和工程設(shè)計(jì)限制（如系統(tǒng)所需的空間）。

當(dāng)裝置中無(wú)法達(dá)到所需的極限壓力時(shí)，通常有兩個(gè)原因可供參考：存在泄漏和/或容器壁和密封材料釋放的氣體。

可以使用質(zhì)譜儀或壓升法執(zhí)行分壓分析，以分辨上述兩種原因。由于壓升法只能證明是否存在漏氣，而無(wú)法指示裝置上的漏氣位置，建議使用氦檢漏儀，一般情況下它還可以更快地查明漏點(diǎn)的位置。

要大致了解漏孔的幾何尺寸與相關(guān)漏氣率之間的相關(guān)性，可以根據(jù)以下所述進(jìn)行粗略估算：假設(shè)有一個(gè)通過(guò)插板閥封閉的真空容器，容器壁上有一個(gè)直徑為 1 cm 的漏孔。容器外部為大氣壓力，內(nèi)部為真空。當(dāng)閥突然打開(kāi)時(shí)，直徑為 0.39 英寸（1cm）、高為 1082 英尺（330m） 的圓柱形空間內(nèi)的所有空氣分子會(huì)在1秒內(nèi)以聲速（330 m/s）“掉入”這個(gè)漏孔中。每秒流入容器的空氣量將是 10¹³ mbar 乘以這個(gè)圓柱的容積（參見(jiàn)圖 1）。計(jì)算得出，對(duì)于直徑為 1 cm 的孔，Q_L（空氣）將為 2.6·10⁴ mbar·l/s。如果所有其他條件保持不變，讓氦氣以其 970 m/s 的聲速流入孔中，則以同樣方式計(jì)算，可得出 Q_L （氦氣）將達(dá)到 7.7·10⁺⁴ mbar· l/s，或者說(shuō)，pV 漏氣流為空氣的 970/330 = 2.94 倍。氦氣憑借這種更高的“靈敏性”被用于檢漏測(cè)試，并依此開(kāi)發(fā)和批量生產(chǎn)了多種高度靈敏的基于氦氣的檢漏儀。 

▲ 圖1 漏率與漏孔之間的相關(guān)性

圖1所示為漏氣率與孔徑之間的相關(guān)性，“1 cm 孔”的 Q_L （空氣）近似等于 10⁺⁴ mbar· l/s。該表格顯示，當(dāng)孔徑減小至 1 μm （= 0.001 mm）時(shí)，漏氣率會(huì)變?yōu)?10^-4 mbar·l/s，該值在真空技術(shù)中已代表嚴(yán)重漏氣（請(qǐng)參閱上面的經(jīng)驗(yàn)法則）。漏氣率為 10^-12 mbar·l/s 時(shí)，對(duì)應(yīng)的孔徑為 1 ?；這是現(xiàn)代氦檢漏儀的檢測(cè)下限。

由于很多固體的晶格常數(shù)為幾個(gè) ?，而一些小分子和原子（H₂、He）的直徑約為 1 ?，這種固體的固有滲透性可使用氦檢漏儀進(jìn)行計(jì)量記錄。為此，人們開(kāi)發(fā)了漏氣率非常小并經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的參考漏點(diǎn)。這代表可測(cè)量出的“泄漏”，并不等于因材料或接頭存在缺陷而導(dǎo)致了“泄漏”。人們通常會(huì)根據(jù)原子、分子、病毒和細(xì)菌等的估算或測(cè)量大小，使用諸如“防水”或“防菌”等日常術(shù)語(yǔ)；見(jiàn)表3。圖2 匯總了常用檢漏方法的特性和檢測(cè)限。

▲ 表3 估算臨界漏率。與蒸汽不同，這里需要區(qū)分親水性和疏水性固體。細(xì)菌和病毒也是如此，因?yàn)槎咧饕ㄟ^(guò)溶液運(yùn)移

▲ 圖2 各種檢漏工藝和設(shè)備的漏率檢測(cè)范圍

標(biāo)準(zhǔn)氦漏率

要明確地定義一個(gè)漏點(diǎn)，需要：首先確定隔板兩側(cè)的壓力，其次是確定通過(guò)該隔板的介質(zhì)的性質(zhì)（粘度）或其摩爾質(zhì)量。“氦標(biāo)準(zhǔn)漏氣”(He Std) 已成為實(shí)際應(yīng)用中的一種常見(jiàn)情形的習(xí)慣叫法。當(dāng)（外部）大氣壓和系統(tǒng)內(nèi)部真空（內(nèi)部，p < 1 mbar）之間的壓差為 1 bar 并使用氦氣進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所得到的漏率被習(xí)慣地稱(chēng)為“氦標(biāo)準(zhǔn)漏率”。為了指示在標(biāo)準(zhǔn)氦氣條件下使用氦氣進(jìn)行測(cè)試時(shí)的拒收漏氣率，首先必須將實(shí)際的使用條件轉(zhuǎn)換為氦氣標(biāo)準(zhǔn)條件。此類(lèi)換算的一些示例見(jiàn)圖3。

▲ 圖3 換算成氦標(biāo)準(zhǔn)漏氣率的示例

換算公式

在計(jì)算壓力關(guān)系和氣體類(lèi)型（粘度）時(shí)，必須記住，對(duì)于層流和分子流要使用不同的公式；而二者之間的邊界很難確定。作為指南，可以假設(shè)當(dāng)漏氣率 Q_L > 10^-5 mbar·l/s 時(shí)為粘滯流；當(dāng)泄漏率 Q_L < 10^-7 mbar·l/s 時(shí)為分子流；在二者之間時(shí)，制造商（質(zhì)保責(zé)任承擔(dān)方）必須以安全一側(cè)的值為準(zhǔn)。公式列于表4中。 

此處的指數(shù)“I”和“II”分別指一種或另一種壓力比；指數(shù)“1”和“2”分別指漏點(diǎn)的內(nèi)部和外部。

▲ 表4 壓力變化和氣體類(lèi)型的換算公式

 術(shù)語(yǔ)和定義 

在查找泄漏時(shí)，通常要區(qū)分兩種任務(wù)：找到漏氣位置，以及測(cè)量漏率。

此外，我們可以根據(jù)流體的流動(dòng)方向，將檢漏法分為：

 真空法（有時(shí)稱(chēng)為“由外向內(nèi)漏氣法”），氣體流入被測(cè)件（被測(cè)件內(nèi)的壓力小于環(huán)境壓力）；

 正壓法（通常稱(chēng)為“由內(nèi)向外漏氣法”），流體從被測(cè)件的內(nèi)部向外流出（被測(cè)件內(nèi)部的壓力大于環(huán)境壓力）。

如果可能，應(yīng)按照被測(cè)件上一次使用時(shí)的配置進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于用于真空應(yīng)用的部件，應(yīng)當(dāng)采用真空法檢測(cè)；對(duì)于內(nèi)部為正壓的部件，則應(yīng)采用正壓法檢測(cè)。在測(cè)量漏率時(shí)，可通過(guò)以下兩種方法記錄測(cè)量值：

 單個(gè)漏點(diǎn)的漏率（局部測(cè)量）：圖4中的示意圖 b 和 d，并進(jìn)行記錄；

 被測(cè)件中所有漏點(diǎn)的總漏率（整體測(cè)量）：圖4中的示意圖 a 和 c。 

▲ 圖4 檢漏方法和術(shù)語(yǔ)：a-整體檢漏；被測(cè)件內(nèi)部為真空；b-局部檢漏；被測(cè)件內(nèi)部為真空；c-整體檢漏（封殼內(nèi)部富集示蹤氣體）；被測(cè)件內(nèi)部充注示蹤氣體至正壓；d-局部檢漏；被測(cè)件內(nèi)部充注示蹤氣體至正壓

根據(jù)驗(yàn)收規(guī)格，裝置無(wú)法耐受的漏率稱(chēng)為拒收漏率。該值的計(jì)算基于以下條件：被測(cè)件在計(jì)劃的使用期限內(nèi)不會(huì)因泄漏引起的故障而失效，并能保證一定程度的確定性。通常該值并不是在被測(cè)件的正常工作條件下測(cè)定的，而是在試驗(yàn)條件下使用示蹤氣體（主要是氦氣）測(cè)得的流量。因此，必須根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況中被測(cè)件內(nèi)部和外部的壓力以及所處理的氣體（或液體）類(lèi)型，對(duì)該值進(jìn)行換算。

如果被測(cè)件內(nèi)部為真空（p < 1 mbar），外部為大氣壓力，并使用氦氣作為測(cè)試氣體，則稱(chēng)之為標(biāo)準(zhǔn)氦氣條件。當(dāng)高真空系統(tǒng)連接至檢漏儀并被噴了氦氣（噴槍法），對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行氦檢漏時(shí)，系統(tǒng)就處于標(biāo)準(zhǔn)氦氣條件之下。如果被測(cè)件完全由檢漏儀抽真空，則會(huì)說(shuō)檢漏儀正在順流模式下工作。如果被測(cè)件本身是一個(gè)自帶真空泵的完整真空系統(tǒng)，并且檢漏儀與系統(tǒng)的泵并行運(yùn)行，則稱(chēng)之為分流模式。當(dāng)使用與檢漏儀并行運(yùn)行的單獨(dú)輔助泵時(shí)，也可以稱(chēng)之為全流模式。

當(dāng)使用正壓法時(shí)，有時(shí)直接測(cè)量漏率會(huì)不可行或不可能，這種情況下可以將被測(cè)件放入一個(gè)封殼中來(lái)測(cè)量漏氣率?？赏ㄟ^(guò)將封殼連接到檢漏儀或者通過(guò)讓測(cè)試氣體在封殼內(nèi)積聚（提高濃度）來(lái)進(jìn)行測(cè)量?！氨硥簻y(cè)試”是一種特殊的累積測(cè)試。在正壓技術(shù)的另一種變型，所謂的吸槍法中，由一種特殊裝置收集（抽氣）漏點(diǎn)逸出的（測(cè)試）氣體，并將其送入檢漏儀?？墒褂煤狻⒅评鋭┗?SF₆ 作為測(cè)試氣體執(zhí)行此程序。