Вакуумная камера или гелиевый течеискатель: как выбрать схему контроля

Вакуумная камера создаёт объём вокруг изделия, в котором можно снизить давление и собрать выходящий газ. Гелиевый течеискатель обнаруживает пробный газ и позволяет измерять утечку. При камерном гелиевом контроле они работают вместе. Если можно откачать внутреннюю полость самого изделия, наружная вакуумная камера часто не нужна.

Схему выбирают по устройству изделия, направлению перепада давления и требуемому результату. Для решения «годен или брак» может понадобиться суммарное измерение по всей оболочке. Для ремонта нужно найти конкретное соединение или участок шва.

Что измеряет гелиевый течеискатель

Гелий вводят с одной стороны проверяемой стенки и обнаруживают с другой. В масс-спектрометре газ ионизируется, после чего прибор выделяет сигнал ионов гелия. По этому сигналу определяют парциальное давление гелия, то есть его вклад в общее давление смеси. С учётом настроенного измерительного канала прибор выдаёт показание потока утечки.[4]

Поток обычно выражают в Па·м³/с или мбар·л/с. Это произведение давления на объём, отнесённое ко времени. Одно показание давления в камере ещё не даёт такую величину: нужно учитывать движение газа в системе. При определении утечки указывают газ и давления по обе стороны стенки.[1]

Измеренный гелиевый поток не равен автоматически расходу воздуха, воды или рабочей жидкости через тот же дефект. В узком канале условия течения газов различаются; для молекулярного и вязкостного течения применяют разные зависимости.[1] Поэтому требование к изделию и результат испытания должны относиться к согласованным среде и условиям.

Высокий вакуум требуется внутри масс-спектрометра.[4] Это не означает, что всё проверяемое изделие в любой схеме находится при таком же давлении. В щуповом режиме газ отбирают возле поверхности изделия при атмосферном давлении, а измерительный прибор поддерживает собственные рабочие условия.

Если можно откачать изделие

Полый узел со штуцером подключают к откачке и течеискателю. Давление внутри становится ниже наружного. Гелий подают на внешнюю поверхность, и через сквозной канал он движется внутрь, к прибору. Так можно искать течь по соединениям.[3]

Последовательный обдув удобен при ремонте: сигнал связывают с тем местом, на которое в данный момент подают газ. При этом учитывают задержку его прохождения до прибора. Если сразу перейти к следующему соединению, запоздавший сигнал можно ошибочно отнести к нему.

Для суммарного контроля пробным газом охватывают всю проверяемую поверхность. Снаружи можно использовать оболочку или камеру с гелием, тогда как откачивается внутренний объём изделия.[3] Наружная оболочка в этой схеме не обязана быть вакуумной.

Изделие должно выдерживать внешнюю нагрузку от перепада давления. Тонкая стенка может потерять устойчивость при откачке. Проверяют также, сообщаются ли все внутренние полости со штуцером: закрытый карман или длинный узкий канал способны сильно задержать газовый отклик.

Если гелий находится внутри изделия

Изделие заполняют гелием или заданной смесью и помещают в откачиваемую камеру. Давление в камере ниже внутреннего, поэтому газ выходит через дефект наружу. Камера собирает поток от доступных для контроля поверхностей и передаёт его к течеискателю.[3]

Такая схема удобна для серийного суммарного контроля. Она охватывает изделие целиком, но не показывает, из какого соединения вышел газ. При неудовлетворительном результате место течи ищут отдельно.

Оснастка должна удерживать деталь, оставляя открытыми проверяемые швы и уплотнения. Если прижим закрывает дефект или газ попадает в плохо сообщающийся карман, сигнал поступит с задержкой либо уменьшится. Для штуцеров применяют испытательные адаптеры; их собственная негерметичность входит в результат и должна быть достаточно мала для задачи.

Концентрацию гелия и давление заполнения сохраняют одинаковыми. Иначе одно и то же соединение может дать разные показания из-за изменения условий испытания. Давление газовой рампы ограничивают до допустимого для изделия; камера, рассчитанная только на вакуум, не должна получить избыточное давление при подаче газа. После испытания газ отводят с учётом вентиляции помещения: гелий может вытеснять из воздуха кислород.

Когда удобнее щуп или локальный колпак

Если изделие заполнено пробным газом, выходящий газ можно искать щупом снаружи. Его наконечник отбирает смесь возле подозрительного места и подаёт её в прибор.[3] Общая вакуумная камера при этом не требуется.

На открытой поверхности струя газа смешивается с воздухом. Сигнал зависит от расстояния до наконечника, скорости перемещения и воздушных потоков. Проверку щупа выполняют с учётом этих условий, что отдельно отмечает Leybold в описании калибровки.[5]

Для большого шва можно собирать газ откачиваемым локальным колпаком. Внутри объекта или с обратной стороны стенки должен находиться гелий. Такой способ относится к ограниченному участку; открытый предварительный просмотр EN 13185:2001 описывает оба варианта подачи газа.[2]

Выбор между этими схемами зависит и от доступа. Для щупа требуется проход вдоль места выхода газа. Для колпака нужна поверхность, на которой можно герметично посадить рамку. Если доступа нет, сначала меняют оснастку или расположение проверяемого узла.

Почему чувствительность прибора и стенда различаются

Газ от дефекта проходит через полость и трубопровод до прибора. Длинный узкий шланг задерживает перенос. Вспомогательный насос может унести часть пробного газа мимо измерительного канала. В EN 13185:2001 это учитывается как снижение чувствительности системы.[2]

Для настройки самого течеискателя служит встроенная или подключённая к входу контрольная течь. Это источник известного потока при определённых давлении и температуре. Для проверки всей установки контрольный поток вводят в её рабочий газовый тракт. Внутренняя калибровка проверяет сам прибор; внешняя применяется также для полного измерительного поста.[5]

При такой пробе получают величину сигнала, задержку его появления и время установления. Затем прекращают контрольный поток и наблюдают восстановление фона. Эти две части опыта нужны для выбора выдержки и паузы перед следующей деталью. После изменения трубопровода или распределения откачки прежний отклик проверяют снова.[2]

Что выбирать для конкретного узла

Для вакуумного узла с доступной полостью разумно сначала рассмотреть прямое подключение: направление прохода газа соответствует поступлению воздуха внутрь при эксплуатации. Для изделия, заполненного газом и проверяемого по всей оболочке, удобна наружная вакуумная камера. При ремонте соединений щуп или местная подача гелия позволяют уменьшить область поиска.

Если задача ограничена обнаружением крупного сквозного канала, может оказаться достаточным пузырьковый контроль. Если нужен малый измеряемый поток, который трудно отделить от общего газовыделения по росту давления, рассматривают пробный газ. Для выбора оборудования полезнее показать полости и места подключения изделия, чем заранее требовать камеру максимального размера и прибор с самым малым паспортным пределом.

Источники

[1] Leybold — Definition and measurement of vacuum leaks.

[2] SIST EN 13185:2002 / EN 13185:2001 — предварительный просмотр.

[3] Pfeiffer — How to find a leak.

[4] Leybold — Operating principle of leak detectors with a mass spectrometer.

[5] Leybold — How to calibrate a leak detector.