Гелиевый течеискатель – современное высокоавтоматизированное устройство, обеспечивающее своевременное выявление течи в местах, позволяющих откачивание внутренних полостей и их заполнение тестовым газом.
Содержание:
- Устройство
- Принцип работы течеискателя
- Классификация устройств
- Методы поиска течи
- Портативный течеискатель
- Сфера применения
Устройство
Ключевым элементом конструкции устройства считается масс-спектрометрическая камера, оборудованная ионным приёмником и источником. Размещена она между двух полюсов постоянного магнита. С технической точки зрения конструкция состоит из следующего:
- Диафрагмы;
- Ионного приёмника;
- Коллектора;
- Ионного источника;
- Супрессорной сетки ионного коллектора;
- Входной диафрагмы ионного коллектора;
- Катода, предназначающегося для эмиссии электродов.
Устройство
Предварительное откачивание осуществляется прямоточным диффузионным вакуумным насосом. Глубокий вакуум достигается противоточным турбомолекулярным. Соединена конструкция гибким трубопроводом.
Контроль за измерительным процессом осуществляется автоматизированным блоком управления с индикатором и устройством звукового оповещения обнаружения течи.
Принцип работы течеискателя
Принцип работы показан на примере действия модели компании Инфикон.
Анализатор течеискателя, установленный в неомагнитном корпусе, помещён между полюсами постоянного магнита. Разогретый вольфрамовый катод источника ионов запускает цикл эмитации электронов, получающих ускорение в результате воздействия электрического поля, проложенного между катодом и корпусом ионизатора. Начинается цикл равномерного взаимодействия магнитного поля с фокусирующими поток электронами. Последние фокусируются в виде узкого потока и передаются в корпус ионизатора сквозь отверстие под катодом. Магнитное поле в свою очередь действует только вдоль всего направления их движения.
Попадая в корпус ионизатора электроны встречаются с закачанным тестовым газом, проникающим в течеискатель из исследуемой системы или объекта. Начинается процесс их ионизации, в результате которой вновь образованные частицы ионов приобретают ускорение от электрического поля, которое действует перпендикулярно пучку. Ионный поток проникает через выходную диафрагму и попадает в анализатор (участок рабочего объёма, в котором происходит движение ионов от их источника к приёмнику.
Принцип работы течеискателя
Попадая в анализатор, на частицы ионов воздействует постоянное магнитное поле, которое направлено в сторону движения ионов и вынуждает их перемещаться по круговой траектории. Последующее деление ионных пучков осуществляется в магнитном поле, где он комбинируется на небольшие группы, с высоким содержанием ионов, имеющих одинаковое отношение массы к их заряду. Изменяющееся ускоряющее напряжение влияет на величину радиусов траектории их-же передвижения.
Конструкция анализатора выполнена в форме полуокружности, принцип работы построен на фокусирующем действии, где ионы с определёнными габаритами поступают из источника в форме распылённых пучков и снова комбинируются под видом узких сходящихся пучков, находящихся рядом с плоскостью входной диафрагмы приёмного коллектора. Значение радиуса траектории равно 35-ти мм.
Коллектор, объединённый с электромеханическим усилителем, передаёт определённый частотный диапазон на усилитель постоянного напряжения, который выполняет его последующую обработку. Затем оцифрованная информация направляется на блок управления, который активирует индикатор, оповещающий оператора.
Классификация устройств
Классификация гелиевых течеискателей осуществляется по нескольким признакам:
- По качеству чувствительности, встречаются вакуумные масс-спектрометрические устройства и шниффера, отличающиеся меньше ценой и точностью показаний, разница между которыми может отличаться в 4-5 раз;
- По принципу работы. До конца XX века в конструкции устройств использовались высоковакуумные паромасляные форвакуумные насосы, работающие по принципу прямого тока (ПТИ-10). Современные устройства (Inficon, Agilent Technologies, ASM и другие) функционируют за счёт безмасляного высоковакуумного турбомолекулярного насоса, принцип работы которого построен на противоточном движении частиц испытательного газа. Качество измерений устройств одинаково, разница заключается в том, что в старых моделях вместе с гелием внутрь рабочей камеры проникают более тяжёлые газы, засоряющие систему и оказывающие негативное воздействие на чувствительность измерительного прибора;
- По внешней конфигурации. Встречаются стационарные, переносные и портативные течеискатели.
Классификация устройств
Методы поиска течи
Испытания герметичности вакуумной методикой выполняется на откачанных объектах, соединённых с ловушкой. После этого происходит обдув тестируемым газом или помещение в чехол, заполненный им-же. Идентификация течи происходит в результате увеличения сигналов, которые происходят в результате повышения парциального значения давления газа.
Системы, внутренняя полость которых не может быть откачанной, тестируются несколькими способами:
- В специальных объёмах;
- Методом чехла или щупа.
В первом случае внутрь камеры закачивается тестируемый газ, а течеискатель присоединяется непосредственно к камере или участку где может наблюдаться предварительное разрежение откачного элемента.
При использовании методики чехла или щупа тестируемый газ так же закачивается в исследуемую полость. Отсутствие герметичности определяется в результате увеличения значения парциального разряжения гелия в чехле, откуда он забирается щупом. Тестирование этим способом участок, который подразумевается в разгерметизованности обследуется снаружи щупом, который присоединён к устройству гибким вакуумным шлангом.
При приближении всасывающего сопла к разгерметизированному участку, из которого просачивается тестируемый газ, происходит звуковое оповещение, сигнализирующее повышенную концентрацию тестового газа в поступающем внутрь потоке.
Портативный течеискатель
С помощью портативного течеискателя можно осуществлять поиск разгерметизации вакуумируемого объекта одним из нескольких способов:
- Методом щупа, когда в тестируемый объект нагнетается гелий, а локализация места течи осуществляется по принципу ореола расстояния через течь с внешней стороны объекта;
- Методом накопления, выполняющимся в атмосферном давлении. В этом случае в тестируемую камеру нагнетается воздушно-гелиевая смесь после чего сверху натягивается чехол из которого выкачивается воздух. При обнаружении протечки тестовый газ концентрируется в мешке, что отражается на измерительном приборе;
- Методика обдува подразумевает откачивание системы до состояния вакуума. Течеискатель присоединяется к выхлопу. В результате обдува гелием он проникает в исследуемую систему и вновь вытягивается форвакуумным насосом, после чего и идентифицируется на выходе.
Портативный течеискатель
Аналогично стационарным устройствам, портативная модель имеет возможность обнуления фона, с помощью которой можно привязать концентрацию тестируемого газа к нулевому значению. Таким образом можно выполнять контроль герметичности в независимости от значения наличия гелия в атмосфере рядом с испытуемым объектом.
Сфера применения
Для измерения оборудования и инструментов вакуумного характера:
- Вакуумных печей;
- Вакуумных установок, предназначенных для нанесения покрытий;
- Синхротронных каналов;
- Оборудования для работы с электронными и ионными пучками;
- Аналитических приборов;
- Средств, применяющихся для работы с полупроводниками;
- Оборудовании лазерной обработки.
Сфера применения
Для систем с повышенным разрежением:
- Электростанций;
- Подземных ёмкостей, кабелей, трубопроводов;
- Систем, предназначенных для получения чистых газов;
- Биореакторов и ферментаторов;
- Установок, применяющихся для производства сжиженных газов;
- Топливных ёмкостей и баков.
Для контроля герметичности изготовленных деталей и узлов, в том числе и тех, которые используются с повышенным разрежением:
- Систем кондиционирования и охлаждения воздуха;
- Радиаторов, теплообменников, конденсационных аппаратов;
- Тормозных, топливных и гидравлических линий;
- Газовых ёмкостей;
- Ёмкостей и упаковок, предназначенных для упаковки продуктов питания;
- Имплантируемых медицинских устройств;
- Трубопроводов повышенной частоты.
Современное оборудование успешно справляется с тестированием любых перечисленных объектов.