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极小漏率漏孔演示视频(二):一只 1.65x10-12 Pa·m³/s He标准漏孔的验证实录

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信号和本底一样大,还能不能测? —— 一只 10⁻¹² Pa·m³/s 漏孔的验证实录 | RealMeter 睿米
封面:信号和本底一样大,还能不能测?
RealMeter® 睿米 · 标准漏孔实测实录 |技术实测系列

信号和本底一样大,还能不能测?

—— 一只 10⁻¹² Pa·m³/s 漏孔的验证实录,与一条方法论建议

2026-09-15 实测· 氦质谱检漏· 验证 ≠ 标定 ·阅读约 5 分钟

备选标题(发布时可替换)
① 《这是验证,不是标定——10⁻¹² Pa 量级,商用检漏仪的极限处》
② 《1.6 到 2.0 都正常:如何诚实地验证一只 10⁻¹² Pa·m³/s 漏孔》
③ 《屏幕上一半的读数跟漏孔无关——极小漏率测试的三条边界》

本底 1.7~1.8×10⁻¹¹ mbar·l/s,开阀后读数爬到 3.6~3.7

也就是说,屏幕上至少有一半的读数,跟这只漏孔毫无关系。要把漏孔的真实贡献"减"出来,每一个环节都得克制。

这只漏孔,标称 1.65×10⁻¹² Pa·m³/s(He),即:

换算基准:1 mbar·L/s = 0.1 Pa·m³/s

这篇文章记录它的完整验证过程——以及过程中必须说清楚的几条边界。

测试装置:漏孔 + VCR 多通工装 + LINXON L 218
图 1 测试装置:漏孔经全 VCR 工装接入检漏仪

先说清楚:1.65×10⁻¹² 是个什么概念

先把这个数字换成能想象的东西。在标准大气压下,漏率除以大气压,就是它每秒泄漏的氦气体积:

每秒泄漏约 1.6×10⁻¹¹ 毫升氦气(折算到大气压下)

照这个速度,漏完 1 毫升氦气需要:

一滴水约 0.05 mL——照这个速度,漏完"一滴水"体积的氦气要 97 年,比一个人的一生还长

换句话说:从东汉开始漏,漏到今天,这只漏孔还没漏满 1 毫升氦气。

还有一件事:这台装置为什么必须是全 VCR

这么慢的一只漏孔,任何多余的泄漏源都是致命的。对照实测给过明确答案:一只 KF25 氟橡胶密封圈对大气的氦泄漏约 1×10⁻¹¹ mbar·l/s,即 1×10⁻¹² Pa·m³/s

而本次被测漏孔是 1.65×10⁻¹² Pa·m³/s——两者几乎同一个量级,一只密封圈相当于给系统并联了 0.6 只被测漏孔。

直白地说:用 KF25 橡胶圈,测不了 10⁻¹² 量级。VCR 金属密封的贡献在 10⁻¹⁷ mbar·l/s 量级,低五个数量级——这才是"末值减本底"这个减法能够成立的前提。

放到本系列三只漏孔的刻度上,它处在中间一档。每往下一个量级,漏完同样的 1 毫升就要多花十倍时间:

量级 每秒泄漏(大气压下) 漏完 1 mL 氦气
3.07×10⁻¹¹ Pa·m³/s 3.0×10⁻¹⁰ mL/s 105 年
1.65×10⁻¹² Pa·m³/s 1.6×10⁻¹¹ mL/s 2000 年
3.0×10⁻¹³ Pa·m³/s 3.0×10⁻¹² mL/s 一万年

量级越往下,漏孔越接近"不漏"。但真正难住测试的,不是漏率本身有多小,而是它和检漏仪本底的相对关系——这就引出下一节。

难点只有一个:信号与本底同量级

测 10⁻¹⁰ mbar·l/s 量级时,信号盖过本底,读数直观可信。到了 10⁻¹¹ mbar·l/s 量级,信号与本底一样大,信噪比退化到:

信噪比 ≈ 1:一半的读数与漏孔无关
  • 检漏仪本底:1.7~1.8×10⁻¹¹ mbar·l/s(抽真空稳定一整晚后的水平)
  • 漏孔贡献:与本底相当

这意味着读数的每一分波动——本底漂移、温度变化、泵组状态——都会直接进入做差结果。方法不对,测出来的数毫无意义。

开阀前本底读数 1.8×10⁻¹¹
图 2 本底读数,稳定约一晚后取值
▶ KF25 密封圈在 10⁻¹¹ mbar·L/s(10⁻¹² Pa·m³/s)量级检漏中的干扰实测同一套工装上,把一只 KF25 氟橡胶圈当作被测对象:它自身的氦渗透贡献落在 10⁻¹¹ mbar·l/s 量级,与本节被测信号同量级——这就是必须先解决密封本底的原因。

过程:慢慢爬,别催它

打开漏孔阀门后,读数用了约三分钟从 1.8 爬到 3.5、再向 3.6~3.7 靠拢——分子流平衡需要时间,这是物理规律,不是仪器慢

读数爬升至 3.5×10⁻¹¹
图 3 开阀约三分钟,读数仍在向平衡靠拢
末值 3.7×10⁻¹¹,扣本底后净值约 1.9
图 4 稳定末值:3.7×10⁻¹¹ mbar·l/s

减掉本底,净值落在 1.6~2.0×10⁻¹¹ mbar·l/s 区间:

标称值的落点判断很直白:

标称值落在实测净值区间内

但区间就是区间。我们不会说"实测值 1.65,与标称完全一致"——在这个信噪比下,这种话说不出口。

三条边界,一条都不能少

1. 这是验证,不是标定。

本底与信号同量级时,这套装置能回答的是"漏率是否在这个量级、是否与标称相符",不能给出带不确定度的定标值。视频里的原话是:"它不能代替标定的过程。"正式定标,以国家计量院系机构为准。

2. 回落必须给足时间。

关阀后,腔内氦分子浓度重新平衡是漫长过程。正确的做法是回落到中途即重开复测,而不是傻等归零。顺带说一句:市面上某些演示视频"一关滑门、读数立刻下降"——那是检漏仪软件在做优化,不是氦在回落。违背分子物理的读数曲线,不值得信任。

3. 测试窗口要短。

检漏仪本底自身在缓慢漂移。测得越久,你减掉的那个"本底"就越不是同一时刻的本底。控制在十分钟量级内结束,反而是更精确的选择。

多走一步:这套方法能覆盖到哪里

测试结束时,我们把这套方法的适用边界正式写清楚:

比 10⁻¹¹ mbar·l/s 大一个量级(即 10⁻¹⁰ mbar·l/s 量级)的漏孔,用相对比较法可以得到稳定可靠的量值结果。

10⁻¹¹ mbar·l/s 大致是市面上商用氦质谱检漏仪的极限;在它上方的量级,用同一台仪器做相对比较,条件与精度都已具备。

相对比较法的原理并不复杂:已知漏孔作参考,被测件与之在同一台检漏仪上逐一比对,读数之差即量值之差。难点不在原理,而在把本底、密封和时间常数这三件事做扎实——这正是我们这套工装与流程要解决的问题。

信号与仪器本底同量级:这一档靠的是密封本底控制与读数窗口管理

条件具备,方法具备。这一量级的验证,对我们而言已经是常规工作。

必须说清的三条边界

  1. 验证 ≠ 标定:同量级信噪比下只作量级验证,不确定度定标以计量院为准;
  2. 回落要时间:分子浓度重新平衡漫长,"读数立刻下降"违背物理;
  3. 窗口要短:本底自身在漂移,十分钟量级内结束反而更精确。

▶ 10⁻¹² Pa 标准漏孔:相对比较法验证漏率实操注意开阀后约三分钟的爬升过程,以及工程师反复开闭复核的操作顺序。
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