[发明专利]一种基于质谱分析的混合气体渗透率测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于质谱分析的混合气体渗透率测量装置，其特征在于，该测量装置包括渗透系统、控温元件、抽空系统、充气系统和压力测量单元；

所述渗透系统包括高压室、低压室、渗透元件、渗透工装、分压力真空计、辅助真空室及球状真空室；高压室通过渗透工装与低压室固定连接并保持真空密封，渗透元件安装在渗透工装上，辅助真空室设在渗透工装外围，球状真空室通过限流小孔与低压室固定连接；低压室通过管道与分压力真空计相连；

所述控温元件由加热器和低温冷板组成，加热器设置在高压室外部，低温冷板设置在高压室内部，采用辐射控温的方式实现对渗透元件的温度控制；

所述抽空系统用于对渗透系统抽真空，所述充气系统用于为高压室提供混合气体，所述压力测量单元用于测量工作工程中的气体压力。

2.如权利要求1所述的基于质谱分析的混合气体渗透率测量装置，其特征在于，所述高压室和低压室均采用放气率低的金属材料制作，并在制作过程中采用表面钝化和烧氢处理；低压室采用球状真空室设计。

3.如权利要求2所述的基于质谱分析的混合气体渗透率测量装置，其特征在于，所述分压力真空计采用四极质谱计，四极质谱计的探头安装在低压室的球心位置。

4.如权利要求1所述的基于质谱分析的混合气体渗透率测量装置，其特征在于，所述渗透元件为圆片状结构，材料为金属材料或者非金属材料；所述渗透元件采用支撑环支撑，所述支撑环为圆片状多孔板。

5.如权利要求1所述的基于质谱分析的混合气体渗透率测量装置，其特征在于，所述辅助真空室采用低真空设计，球状真空室采用极高真空设计。

6.一种基于质谱分析的混合气体渗透率测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的测量装置，具体测量方法如下：

步骤一、将需要测试的渗透元件安装在渗透工装上；

步骤二、启动抽空系统对渗透系统的高压室、低压室、球状真空室以及辅助真空室进行抽真空；

步骤三、达到极限压力后，启动分压力真空计，对低压室的本底残余气体成分和含量进行测量，获得低压室的本底等效渗透率；

步骤四、停止对高压室抽真空，通过充气系统向渗透系统的高压室充入给定组份含量和压力的混合气体，启动控温元件对渗透元件进行控温，满足设定温度要求；

步骤五、观察分压力真空计测量获得的低压室残余气体成分和含量变化情况，待分压力真空计给出的低压力室残余气体组份和含量指示值稳定后，利用分压力真空计和压力测量单元测出的结果计算被测渗透元件对混合气体中任意一种气体成分的渗透系数；

步骤六、测试完成后，首先关闭分压力真空计，然后停止对低压室及球状真空室抽真空，再利用抽空系统对高压室进行抽真空，将测试的混合气体排出，最后向渗透系统的所有真空腔内均充入N₂进行保护。

7.如权利要求6所述的基于质谱分析的混合气体渗透率测量方法，其特征在于，在所述步骤一之前，进一步包括根据被测渗透元件的渗透系数来估计所述渗透元件的渗透率变化范围，确定渗透元件的直径和面积。