Течеискатель вакуума гелиевый - принцип работы, контроль герметичности, чувствительность, масс-спектрометрический анализатор, портативный, поверка
Герметичность является одним из наиболее важных параметров вакуумных систем. Нарушение норм герметичности препятствует образованию требуемого вакуума и уменьшает рабочий ресурс оборудования. Течи в системе могут возникать вследствие образования трещин в рабочих поверхностях оборудования, деформирования низкокачественных элементов и уплотнений. Поэтому если система не обеспечивает создание достаточного разрежения при постоянной работе вакуумных насосов и все свидетельствует об ее разгерметизации, следует применить специализированные устройства – течеискатели.
Течеискатель
Содержание:
- Виды течеискателей
- Контроль герметичности течеискателями
- Гелиевый течеискатель - принцип работы
- Масс-спектрометрический течеискатель
- Чувствительность течеискателя
- Портативный гелиевый течеискатель
- Цифровые гелиевые течеискатели
- Поверка течеискателя
Виды течеискателей
Течеискатель представляет собой уникальный прибор, призванный обнаруживать течь, указывать на ее точное местоположение и оценивать ее величину. Принцип его работы может базироваться на разных физических принципах. Устройство позволяет определять прямые и косвенные изменения соответствующих параметров.
Виды течеискателей
Течь – негерметичность системы, оборудования, их способность выпускать наружу или пропускать внутрь нежелательные вещества. При ее поиске в поверхностях оборудования, ограниченных определенным рабочим пространством, применяется тестовое вещество. Функции данного вещества чаще всего выполняют:
- Фреон (рекомендуется для поиска течей в холодильном оборудовании, позволяет обнаружить пары летучих соединений фтора, многие виды фреонов имеют в составе вещества, люминесцентные в ультрафиолетовом свете);
- Газообразный гелий (наиболее универсальное тестовое вещество, допускается к применению в сложных установках и вакуумных системах).
Повышенная востребованность гелия в сфере обнаружения течей обусловлена рядом факторов: его отсутствием в природной среде, легкостью, летучестью, высокой проницаемостью, легким детектированием в масс-спектрометре и способностью точно выявлять концентрацию течи.
В сфере высокого вакуума по способу регистрации течи выделяют следующие виды течеискателей:
- С палладиевым барьером;
- Галоидные;
- Масс-спектрометрические.
Работа устройств первого вида базируется на особенностях палладия, который проницаем только для водорода. При этом данная проницаемость прямо пропорциональна температуре палладия.
Следует отметить, что применение палладиевого течеискателя может сопровождаться определенными трудностями. Во-первых, водяной пар и углеводороды, разлагаясь, приводят к образованию на горячей палладиевой стенке свободного водорода, который способен давать ложную информацию о течи. Решить эту проблему может использование охлаждаемой ловушки. Во-вторых, на поверхности палладия может возникать слой адсорбированного кислорода, который не допускает диффузии водорода и делает менее чувствительной манометрическую лампу.
В галоидных устройствах платина, нагретая до температуры 900 °С, обеспечивает эмиссию положительных ионов, которая стремительно усиливается при наличии в воздухе газов с галогенами. Это позволяет находить незначительные утечки веществ, способствующих локальному повышению концентрации галогенов.
Функции чувствительного элемента галоидного прибора выполняют платиновый диод и анод, навитый на специальную трубку из керамики. Ионы, образованные анодом, воспринимаются еще одним электродом-коллектором, который соединен с усилителем постоянного тока. На выходе усилителя реализован стрелочный механизм, который регистрирует усиление тока ионов при попадании галогенов в пространство между электродами чувствительного элемента. Диод функционирует и в атмосферном давлении, и в вакуумированной среде.
Масс-спектрометрическое устройство являет собой относительно простой газоанализатор, предназначенный для обнаружения присутствия одного пробного газа в газовой смеси. Зачастую в качестве такого газа используется гелий, который выгодно отличается химической инертностью, безвредностью и безопасностью.
Контроль герметичности течеискателями
Контролировать течеискание с использованием гелиевых устройств можно несколькими способами:
Контроль герметичности течеискателями
- С помощью щупа (объект заполняется гелием, и по траектории рассеяния вещества через течи с внешних поверхностей объекта осуществляется локализация места повреждения герметичности);
- Накопление при атмосферном давлении (объект заполняют смесью гелия и воздуха и помещают в вакуумный чехол, при наличии течи тестовое вещество накапливается вверху чехла, по его концентрации можно оценивать интегральную герметичность устройства);
- Обдув (испытуемый объект откачивают форвакуумным насосом, на выходе насоса ставится течеискатель, во время обдува гелием поверхности объекта гелий проникается внутрь объекта через течи, затягивается насосным аппаратом и регистрируется течеискателем на выходе).
Гелиевый течеискатель - принцип работы
Гелиевые течеискатели – высокочувствительные магнитные масс-спектрометры, предназначенные для обнаружения гелия. Они позволяют проводить практически любые виды проверок на герметичность: поиск течей в откачанных и в заполненных гелием пространствах, контроль их общей герметичности. Особенно востребованы гелиевые течеискатели ПТИ.
Гелиевый течеискатель - принцип работы
Во время осуществления проверки на герметичность вакуумным способом заблаговременно откачанный тестируемый объем соединяют с масс-спектрометрической камерой гелиевого устройства и обдувают гелием. В качестве альтернативы объем можно размещать в чехле, который заполнен гелием. При наличии течи парциальное давления гелия в масс-спектрометрической камере повышается, что сопровождается усилением сигнала масс-спектрометра.
Для проверки объектов, в которых невозможно откачать внутреннюю полость, используются методы чехла в специализированных вакуумных камерах. Гелий вводится в проверяемые объекты. Течеискатель соединяют с камерой или с линией предварительного разрежения ее откачного устройства. О негерметичности объектов в чехле свидетельствует увеличение парциального давления гелия в нем. В течеискатель газ из чехла захватывается щупом.
Масс-спектрометрический течеискатель
Ключевой компонент прибора – масс-спектрометрическая камера с источником и приемником ионов. Расположена она между магнитными полюсами.
Масс-спектрометрический течеискатель
На накаленном вольфрамовом катоде источника ионов эмитируются электроны, ускоряемые электрическим полем, которое находится между катодом и коробкой ионизатора. Действие магнитного поля, направленное вдоль движения электронов, обеспечивает фокусировку потока электронов в тонкий пучок. Данный пучок попадает в коробку ионизатора сквозь проем под катодом. Далее в камере ионизации происходит столкновение электронов с молекулами газа, направляющегося в течеискатель из тестируемого пространства, и последующая ионизация газа. Сформировавшиеся ионы извлекаются из камеры ионизации электрическим полем, направление действия которого перпендикулярно пучку электронов.
Ионный поток через выходную диафрагму источника попадает в анализатор, в котором ионы перемещаются от источника к приемнику. Здесь ионы, на которые действует постоянное магнитное поле перпендикулярно направлению ионного движения, начинают двигаться по кругу и разделяются пространственно по массам.
В магнитном поле ионный пучок, выходящий из источника, разделяется на отдельные пучки ионов с одинаковыми показателями отношения массы к заряду. Изменение ускоряющего напряжения при стабильной напряженности магнитного поля обеспечивает изменение радиуса передвижения ионов данной массы.
Движение ионов в анализаторе от ионного источника к приемнику полукруговое. Ионы определенной массы, расходящиеся из источника широким пучком, снова принимают вид узкого сходящегося пучка во входной диафрагме приемника. Изменяя напряжение, ускоряющее ионы, настраивают камеру на "пороговое значение гелия", при котором в приемник поступают ионы гелия.
Приемник ионов включает в себя:
- Входную диафрагму;
- Электрод-коллектор;
- Супрессорную систему.
Последнюю систему составляет пара сеток, которые задерживают рассеянные ионы, случайно оказавшиеся на входной диафрагме. Электрическое поле, реализованное между сетками, пропускает к коллектору ионы гелия с полным запасом энергии, задерживает рассеянные ионы, которые потеряли некоторую свою энергию от ударов о стенки камеры.
Ионный коллектор соединен с входом усилителя постоянного тока. Выходное устройство измерения тока ионов, индикаторы звука и света регистрируют все изменения тока. Чтобы обеспечить повышенную чувствительность регистрации, фоновые сигналы в приборе компенсируются. Это позволяет регистрировать сигналы, возникающие вследствие появления течей, на шкалах выходного прибора измеряющего механизма.
Чувствительность течеискателя
Ключевой характеристикой всех течеискателей является порог чувствительности или, иными словами, минимальная величина течи, определяемая прибором. Высокая чувствительность – одно из основных преимуществ гелиевых устройств.
Чувствительность течеискателя
Регулировать чувствительность можно, изменяя мощность насоса. Понижение мощности приводит к уменьшению скорости откачки по гелию в минимум 10 раз при стабильной скорости откачки по воздуху. Уменьшение скорости откачки по гелию сопровождается его накоплением в камере и повышением чувствительности. Увеличение мощности насоса же приводит к росту скорости откачки по гелию и, следовательно, к уменьшению чувствительности.
Портативный гелиевый течеискатель
В последнее время на нишевом рынке большим спросом пользуются портативные гелиевые приборы. Они более доступны, просты в эксплуатации по сравнению с масс-спектрометрическими устройствами. Портативные приборы имеют сравнительно небольшую массу, способны работать от встроенной батареи в течение нескольких часов.
Портативный гелиевый течеискатель
Минимальные размеры канала движения газа обеспечивают высокую скорость реакции на гелиевый поток гелия и восстановления после измерения потока. Современные модели не нуждаются во времени для подготовки к измерениям. Они готовы к выполнению своих функций непосредственно после включения.
Большинство портативных гелиевых течеискателей способны контролировать течеискание щупом, обдувом и накоплением при атмосферном давлении.
Цифровые гелиевые течеискатели
Цифровые гелиевые приборы позволяют существенно упростить снятие показаний и контроль над работой системы. На цифровом дисплее устройства в доступной форме подаются все данные, необходимые для определения места утечки, ее локализации и устранения.
Цифровые гелиевые течеискатели
Среди преимуществ цифровых течеискателей стоит выделить следующие:
- Большой цветной дисплей, отображающий информацию о состоянии прибора, о протекании процесса вакуумного тестирования в текстовом и графическом виде;
- Продолжительное время отображения графика испытаний;
- Архивирование результатов испытаний, их просмотр;
- Возможность перенесения результатов на ПК;
- Сохранение в памяти прибора нескольких тысяч результатов испытаний;
- Широкий диапазон потоков натекания, которые регистрируются.
Поверка течеискателя
Под поверкой подразумевается совокупность действий, которые выполняются, чтобы подтвердить соответствие приборов метрологическим требованиям. Согласно действующим нормам течеискатели в обязательном порядке подлежат первичной поверке, а в ходе эксплуатации – периодическим поверкам.
Поверка течеискателя
Для проведения поверки течеискателя организацией метрологического надзора, устройство должно быть внесено в государственный реестр средств измерений. В этом случае требуется ежегодная остановка производственного цикла на предприятии для отправки прибора в метрологическую организацию для осуществления поверки. При внесении в реестр устанавливается относительная погрешность измерений устройства.
Вакуумное оборудование и вакуумные системы нашли широкое применение в самых разных сферах промышленности. Нарушение их герметичности может повлечь за собой серьезные производственные проблемы. Гелиевые течеискатели позволяют выявить течь и устранить ее в короткие сроки.
Подборка товаров
Показать еще- Комментарии
