Замена катодов и коллектора электронов в аналитической ячейке 2G гелиевого течеискателя ASM

В публикации приведен порядок базового технического обслуживания масс-спектрометрической аналитической ячейки 2G. Рассмотрены демонтаж фланца, очистка корпуса, замена двух катодов и коллектора электронов, центровка элементов ионного источника, установка уплотнения, затяжка фланца, запуск и проверка течеискателя после ремонта.

Катоды аналитической ячейки являются расходными элементами ионного источника. Снижение эмиссии, нестабильное зажигание, повторяющиеся ошибки автокалибровки и ухудшение чувствительности могут указывать на износ катодов, загрязнение ячейки или нарушение взаимного положения катодов и коллектора электронов.

Лаборатория контроля герметичности Ликлаб выполняет в России диагностику и техническое обслуживание гелиевых течеискателей с аналитическими ячейками 2G. В состав работ могут входить проверка ионного источника, замена катодов и коллектора, очистка анализатора, проверка электрической изоляции, поиск внутренних утечек, настройка эмиссии, автокалибровка и контроль чувствительности по гелиевой эталонной течи.

1. Требования безопасности

Перед началом работ полностью отключите течеискатель от электрической сети. Дождитесь остановки высоковакуумного насоса и напуска атмосферного давления в соответствии с установленным порядком остановки прибора. На элементах электроники могут сохраняться опасные напряжения.

Аналитическая ячейка чувствительна к загрязнениям, влаге, пыли, следам пальцев и электростатическим разрядам. Нарушение чистоты при сборке приводит к газовыделению, повышенному фону, нестабильной эмиссии и увеличению времени выхода прибора на рабочий режим.

Условия выполнения работ

Выполняйте работы в чистом сухом помещении.
Размещайте снятые детали только на чистой безворсовой бумаге.
Используйте неопудренные нитриловые или виниловые перчатки.
Не прикасайтесь к катодам, коллектору и уплотнительным поверхностям голыми руками.
Обдувайте детали сухим фильтрованным воздухом или азотом.
Сразу закрывайте открытые вакуумные линии и вход предусилителя чистыми заглушками.
Используйте антистатический браслет и заземленное рабочее место.

Для разборки требуется шестигранный ключ 5 мм. Для окончательной сборки необходим динамометрический инструмент, обеспечивающий контролируемую затяжку 7 или 8 Н·м.

2. Разборка аналитической ячейки

Отключение электрических соединений

Шаг 1. Убедитесь, что течеискатель выключен, отсоединен от электросети и находится при атмосферном давлении.

Шаг 2. Отсоедините два электрических разъема аналитической ячейки. Не тяните за провода. Удерживайте разъем за корпус.

Снятие фланца

Шаг 3. Шестигранным ключом 5 мм равномерно отверните шесть крепежных винтов и снимите шайбы.

Шаг 4. Для отделения фланца используйте один из снятых крепежных винтов. Вверните его в предусмотренное резьбовое отверстие и плавно выведите фланец из корпуса.

Не поддевайте фланец отверткой и не используйте металлический инструмент как рычаг. Повреждение привалочной поверхности может привести к внутренней утечке и невозможности получения рабочего вакуума.

3. Очистка корпуса аналитической ячейки

Снятое уплотнение поместите на чистую защищенную поверхность. При наличии повреждений, трещин, остаточной деформации или загрязнения уплотнение следует заменить.

Внутри корпуса в зоне катодов могут образовываться следы металлизации. При выраженных отложениях выполните локальную очистку мелкозернистым абразивным материалом с зернистостью около P180. Работайте осторожно, не повреждая электрические изоляторы и геометрию корпуса.

Удалите видимые металлические отложения.
Полностью удалите абразивные частицы вакуумным способом.
Очистите обработанную поверхность чистым изопропиловым или этиловым спиртом.
Очистите фланец и посадочную поверхность уплотнения.
Просушите детали сухим фильтрованным воздухом или азотом.

Не допускайте попадания абразивной пыли в область предусилителя, коллектора и проходных изоляторов. Остаточные частицы могут вызвать токи утечки, короткое замыкание или нестабильную работу ионного источника.

4. Демонтаж изношенных катодов и коллектора

Снятие катодов

Для каждого катода выполните следующие операции:

Отверните механический крепежный винт.
Ослабьте два винта электрического соединения.
Осторожно извлеките катод, не деформируя соседние элементы.

Снятие коллектора электронов

Отверните крепежный винт коллектора электронов и снимите коллектор с ионного источника. Проверьте поверхность коллектора, состояние прорези и отсутствие загрязнений.

Диагностика ионного источника в Ликлаб. Перед заменой деталей специалисты могут проверить сопротивление катодов, отсутствие короткого замыкания на корпус, состояние проходных изоляторов, цепи питания эмиссии и корректность сигнала коллектора. Такая диагностика позволяет отличить износ катодов от неисправности платы питания, кабельного жгута или предусилителя.

5. Установка новых компонентов

Предварительная установка коллектора

Шаг 1. Установите новый или исправный коллектор электронов на ионный источник. Вставьте крепежный винт, но не выполняйте окончательную затяжку.

Предварительная установка катодов

Шаг 2. Установите два новых катода. Винты механического крепления и электрических соединений на этом этапе оставьте ослабленными для выполнения точной центровки.

Аналитическая ячейка 2G перед заменой катодов

Общий вид аналитической ячейки 2G и расположение обслуживаемых элементов.

Очистка внутреннего канала корпуса в зоне возможной металлизации.

Расположение крепежных и контактных винтов катода.

Демонтаж коллектора электронов.

Катоды ионного источника.

Ионный источник после снятия обслуживаемых элементов.

Коллектор электронов аналитической ячейки.

Установка коллектора электронов в ячейку 2G

Предварительная установка коллектора перед центровкой.

6. Центровка катодов и коллектора электронов

Правильное взаимное положение элементов непосредственно влияет на ток эмиссии, чувствительность, стабильность настройки по массе гелия и успешность автоматической калибровки.

Витки каждого катода должны располагаться точно напротив прорези коллектора электронов.
Горизонтальные расстояния X с обеих сторон должны быть одинаковыми.
Вертикальные расстояния Y с обеих сторон должны быть одинаковыми.
Катоды не должны соприкасаться с коллектором, корпусом или соседними контактами.

Схема центровки катодов относительно коллектора 2G

Контроль симметрии катодов относительно прорези коллектора.

Контроль расстояний X и Y при установке катодов 2G

Проверка равенства горизонтальных и вертикальных расстояний X и Y.

После получения правильной геометрии постепенно затяните крепежные и контактные винты. Во время затяжки контролируйте, чтобы элементы не сместились.

Положение контактных винтов

Все винты электрических соединений должны быть направлены внутрь узла и не должны соприкасаться друг с другом. Проверьте воздушные зазоры и отсутствие контакта с корпусом.

Правильная центровка катодов аналитической ячейки 2G

Положение катодов относительно коллектора после регулировки.

Правильное положение контактных винтов катодов 2G

Контактные винты не должны соприкасаться между собой.

После затяжки повторно проверьте центровку. Даже небольшое смещение катода может снизить чувствительность или вызвать ошибку автокалибровки.

7. Установка уплотнения и сборка фланца

Эластомерное уплотнение

Установите специальное эластомерное уплотнение в посадочное место корпуса. Не используйте уплотнение с трещинами, порезами, остаточной деформацией или загрязненной рабочей поверхностью.

Металлическое уплотнение

При использовании металлического уплотнения его концы должны пересекаться один раз без перекручивания. Место пересечения расположите рядом с одним из шести крепежных отверстий.

Эластомерное уплотнение аналитической ячейки 2G

Установка специального эластомерного уплотнения.

Металлическое уплотнение аналитической ячейки 2G

Правильное положение концов металлического уплотнения.

Порядок затяжки фланца аналитической ячейки 2G

Последовательность равномерной затяжки шести винтов.

Монтаж фланца

Осторожно опустите фланец в корпус, не касаясь стенок внутренними элементами.
Установите шесть винтов с шайбами.
Затягивайте винты по диагональной последовательности в несколько проходов.
Для эластомерного уплотнения установите окончательный момент 7 Н·м.
Для металлического уплотнения установите окончательный момент 8 Н·м.

Не снимайте черную маркировочную наклейку с аналитической ячейки. Она может содержать данные, необходимые для идентификации исполнения и последующего обслуживания.

Порядок окончательной сборки фланца аналитической ячейки 2G

Сборка фланца и контроль последовательности затяжки.

8. Перезапуск и проверка после ремонта

Подключите два электрических разъема аналитической ячейки.
Проверьте правильность установки кабелей и отсутствие их натяжения.
Соберите кожухи течеискателя.
Запустите прибор и дождитесь получения рабочего давления в анализаторе.
Включите катод и выполните автоматическую калибровку.
Проверьте стабильность фона и реакцию на контрольную гелиевую течь.
Сбросьте сервисный счетчик наработки катодов.

После вскрытия аналитической ячейки первая попытка включения катода или автокалибровки может завершиться ошибкой из-за газовыделения с внутренних поверхностей. Дайте прибору поработать до стабилизации давления и фонового сигнала, затем повторите процедуру.

Сервисное меню сброса счетчика катодов течеискателя ASM

Сброс счетчика наработки катодов после технического обслуживания.

Включение катода и автокалибровка течеискателя ASM

Проверка включения катода и запуск автоматической калибровки.

Рекомендуемый контроль после ремонта:

отсутствие внутренних утечек вокруг фланца аналитической ячейки
стабильное включение обоих катодов
устойчивый ток эмиссии
успешная автоматическая калибровка
стабильный фоновый сигнал
подтвержденная чувствительность по эталонной гелиевой течи

9. Возможные неисправности после замены

Признак	Вероятная причина	Рекомендуемая проверка
Катод не включается	Крупная внутренняя утечка	Проверить уплотнение, момент затяжки и герметичность фланца обдувом гелием.
Катод не включается	Короткое замыкание или неправильное положение контактных винтов	Проверить контакты, изоляторы и электрические соединения разъема J2.
Ошибка автокалибровки	Нарушена центровка катодов относительно коллектора	Повторно проверить геометрию, равенство расстояний X и Y.
Низкая чувствительность	Смещение катода, загрязнение коллектора или недостаточная эмиссия	Проверить центровку, чистоту ячейки и электрические параметры ионного источника.
Высокий внутренний фон	Газовыделение после вскрытия ячейки	Продолжить откачку и прогрев до стабилизации фонового сигнала.
Высокий фон из-за утечки	Нарушение герметичности фланца	Выполнить локальный обдув гелием по периметру уплотнения.

Проверка после ремонта в лаборатории Ликлаб. После замены катодов специалисты выполняют вакуумирование аналитической ячейки, проверку внутренней герметичности, контроль цепей питания, настройку эмиссии, проверку обоих катодов, автоматическую калибровку и измерение чувствительности. При необходимости диагностируются плата питания катодов, предусилитель, разъемы, вакуумный датчик и высоковакуумный насос течеискателя.

10. Когда требуется профессиональный сервис

Передайте прибор специалистам, если после замены катодов сохраняются следующие признаки:

катоды не включаются после достижения рабочего давления
повторяется короткое замыкание цепи эмиссии
автокалибровка завершается ошибкой
сигнал остается нестабильным после длительной откачки
чувствительность существенно ниже штатного значения
обнаружена внутренняя утечка аналитической ячейки
имеются повреждения проходных изоляторов, коллектора или корпуса

Ликлаб выполняет комплексный сервис гелиевых течеискателей в России. Возможны диагностика прибора, замена катодов и коллектора, восстановление аналитической ячейки, проверка и ремонт электронных плат, обслуживание вакуумных насосов, замена вакуумного масла, устранение внутренних утечек, настройка по гелию и итоговая проверка по эталонной мере потока. Перед отправкой прибора рекомендуется сообщить модель, серийный номер, текст ошибки, состояние фонового сигнала и результаты последней автокалибровки.

Материал предназначен для квалифицированного персонала, имеющего опыт обслуживания высоковакуумного оборудования и масс-спектрометрических гелиевых течеискателей.

Замена катодов 2G в гелиевом течеискателе ASM