С тех пор, как человечество начало активно изготавливать всевозможные сосуды, емкости, трубы и прочее, что имело максимальную герметичность для сохранения жидкости или воздуха внутри, появилась необходимость в поиске приспособления для выявления утечек. Но если рассмотреть данный вопрос внимательнее, ты можно с уверенностью сказать, что первичные герметичные системы были столь малы и примитивный, что найти трещину либо плохое соединение между деталями оказывалось достаточно просто, с помощью обычного визуального осмотра. Все стало немного сложнее, когда начала активно развиваться наука химии и алхимии, где в разного рода колбах и сосудах было тяжело определить пропускают ли стенки газ, хотя, в данном случае острой необходимости в изобретении течеискателей также не возникло.
По-настоящему активные размышления и разработка устройств для локального поиска всякого рода утечек стартовали после создания первых парогазовых механизмов, которые просто не смогли бы функционировать без наличия полной герметичности рабочих камер. В первую очередь стал вопрос организации безопасности работы с резервуарами и корпусами, внутри которой будет создаваться высокое давление. Это было связано с тем, что технология паяных либо сварных швов в то время была плохо развита и все создаваемые герметичные емкости были потенциально опасными для людей, находящихся рядом с ними в процессе эксплуатации. Корпус механизма мог пропускать взрывоопасный газ или просто разорваться от сильного давления внутри.
Гелиевый течеискатель – это
Данное приспособление считается одним из наиболее удачных и эффективных устройств, для точной локализации и своевременного обнаружения утечек в вакуумных объемах и системах. Таким образом, гелиевый течеискатель стал неотъемлемым инструментом практически в любом производстве либо лаборатории, производственные процессы которых требуют наличия вакуумной среды. Для примера, далее будет рассмотрен гелиевый течеискатель ПТИ-10, так как он является самым популярным в нынешнее время и по характеристикам использования, является универсальным механизмом. С его помощью возможно производить контроль практически всех видов герметичности, используя для этого пробный газ гелий-4.
Наиболее важной характеристикой данного прибора считается минимальная чувствительность, определяющая возможность регистрации прибора утечки, на минимальном уровне. В стандартном варианте, течь измеряется такой величиной – мбар·л/c.
Существуют такие методы поиска утечки как:
- Опрессовка. Это достаточно грубый метод, который заключается в погружении тестируемого объекта в жидкость, чтобы выявить исходящие пузырьки воздуха из негерметичного соединения. В дополнение, все стыки и возможные повреждения на корпусе испытываемого вакуумного объема, промазывают специальной мылящейся жидкостью, которая выделяет пузырьки если происходит утечка. Конечно, уровень считывания такой утечки достаточно слабый и определить неплотность возможно в пределах 10-3 мбар·л/c.
- Манометрический метод. В основе этого способа лежит контроль уровня давления в рабочем объеме: в момент откачки (фиксируется максимальный уровень вакуума без смачивания места утечки легколетучими жидкостями и со смачиванием); в процессе наполнения газом отсечённой от вакуумного насоса установки (замер происходит именно скорости возрастания давления в агрегате с подключенным и выключенным тестируемым резервуаром). Порог чувствительности в этом методе не может превышать 10-5 мбар·л/c.
- Газоаналитический метод. Данная специфика заключается в качественном анализе воздуха, который поступает сквозь щель в вакуумном объёме. Тест основан на проверке наличия в этом воздухе пробного газа, для чего используется газоразрядная трубка, масс-спектрометры, индикаторы водорода, индикаторы галогена, содержащего тестирующий газ либо искровой течеискатель. Данная методика является наиболее чувствительной и может определить неплотность утечки в пределах 10-12 мбар·л/c.
- Люминесцентный метод. Здесь, прибор излучает раствор люминофора, который должен проникать в капиллярную течь. Таким образом, тестируемый вакуумный объем должен продолжительный период времени выдерживаться в соответствующем растворе. После того, как раствор удаляется с тестируемой поверхности, все места, дающие течь, будут промаркированы полосами или точками, если на них посветить ртутно-кварцевой лампой. Дело в том, что раствор люминофора, при такой подсветке отражается желтым либо красным цветом, а безобидные пузырьки воздуха в стенках сосуда, будут подсвечиваться зелёным цветом, во избежание спутывания пропускаемых участков с нормальными. Такой метод способен уловить утечку, предел которой составляет 10-9 мбар·л/c. Минус данного метода заключается в том, что если узел вакуумной системы, который исследуется на утечку слишком большой, организовать такой способ локализации практически невозможно.
- Радиоизотопный метод. При таком методе тестируемый объект продолжительное время определяют в камеру, где рабочим газом является радиоактивное вещество. После того как газ удаляется из камеры и поверхность проверяемого прибора полностью очищается от радиоактивных загрязнений и микроэлементов, излучающими радиацию остаются только места утечки вакуума на тестируемом объекте. С помощью данного метода возможно определить течь с чувствительностью порядка 10-11 мбар·л/c.
Из всех вышеперечисленных способов поиска утечки, масс-спектрометрический метод является наиболее эффективным и чувствительным.
Гелиевый течеискатель: принцип работы
Данное приспособление является высокочувствительным магнитным масс-спектрометром, который четко настроен на регистрирование гелиевых утечек. Его конструкция позволяет проводить практически любые виды тестирования на герметичность: выявление точек утечки в заполненных гелием объёмах либо без него, а также проведение проверки общей герметичности системы. В процессе проведения тестирования на предмет утечки и герметичность с помощью вакуумного метода, заблаговременно удаленный проверяемый рабочий объем, подключается к масс-спектрометрической камере гелиевого течеискателя и вся поверхность обдается гелием либо устанавливается в чехле, который наполнен гелием. В качестве индикатора выступает парциальное давление, которое определяет масс-спектрометр при его увеличении сигнала.
Если откачать рабочую область нет возможности, то тестируемый объект помещается в специальную вакуумную барокамеру, с помощью чехла либо щупов. Особенность применения данного метода обуславливает обязательное использование газа гелия, который должен вводиться либо вовнутрь тестируемого объема либо полностью поглощать наружную поверхность испытуемого объекта. Сам течеискатель подключается прямо к устройству барокамеры или к трубопроводу предварительного разрешения откачного механизма камеры.
Чтобы обнаружить утечку с помощью щупа либо чехла, газ гелий необходимо вводить в рабочий объём тестируемого объекта. Если применяется щуп, то он используется в качестве точечного индикатора поверхности герметичных участков емкости, который всасывает газ. Таким образом, получается, что устройство-щуп улавливает освобождающийся газ и через гибкий шланг передаёт показатели на считывание течеискателю. Таким образом, взаимосвязанные устройства сигнализируют друг другу найденную утечку, в виде пищания течеискателя, когда тот обнаруживает повышенное содержание гелия в полученном образце воздуха.
В основе работы гелиевого течеискателя заложен принцип действия масс-спектрометрической камеры, которая содержит ионизированный источник и уловитель ионов. Данное устройство размещается между положительным и отрицательным полюсами встроенного в механизм постоянного магнита. Постоянно накаленный катод из вольфрама, составляющий часть ионного источника, создает имитацию электронов, ускорение которым даёт электрическое поле, приложенное меж корпусом ионизатора и самим катодом. Среда магнитного поля, которая действует в сторону направления движения электронов, сосредотачивает их поток в пучок направленного действия, что поступает в находящееся отверстие под полностью катода. Внутри камеры ионизации пучок врезается в молекулы газа, который поступает из тестируемого объекта через щуп, что впоследствии производит их ионизацию. При помощи ускоряющего электрического поля созданные ионы достаются из ионизационной камеры. Это поле движется в противоположном направлении от электронного пучка и вместе с полученным образцом попадает в устройство анализатора, через выводящую диафрагму.
Анализатор – это специальная область масс-спектрометрический камеры, где происходит движение ионов от первоисточника к их приемнику. В этом пространстве происходит сортировка ионов в зависимости от их массы, благодаря действию постоянного магнитного поля, заставляющему двигаться эти ионы по круговой траектории. Данное магнитное поле производит деление пучка ионов, которое выходит от источника на более мелкие пучки, которые разнятся одинаковым отношением заряда к массе. Если изменять ускоряющее напряжение при постоянном напряжении магнитного поля, будет доступно изменение радиуса траектории передвижения ионов с определенной массой.
Такой анализатор – это неотъемлемая часть масс-спектрометрической камеры гелиевого течеискателя, он является 180 градусного образца. Движение ионов внутри анализатора, которое начинается от источника и заканчивается в приемнике, осуществляется по полукруглой траектории. Действия подобного анализатора обладает фокусирующим моментом: разобранный в пучок ионов на определённой массе, после прохождения анализатора снова концентрируется в пучок возле поверхности вводной диафрагмы корпуса приемника. Траектория ионов имеет определённый радиус, который в районе одной диафрагмы приёмника имеет размер 3,5 см.
При помощи изменения ускорения ионов напряжения, можно осуществлять настройку гелиевой масс-спектрометрической камеры на «пик гелия», при достижении которого приёмник ионов будет считывать образцы ионов гелия. Сам же приемник для ионов имеет входную диафрагму, которая принимает ионы коллектора электродами молекулы супрессорной системы. Данный элемент конструкции течеискателя состоит из двух сеток, обеспечивающих задержку разбитых ионов, которые незапланированно попали во входную диафрагму приёмника. Между этими сетками создаётся электрическое поле, которое служит для отфильтровывания ионов с недостаточной энергией и пропуска полностью заряженных молекул.
Ещё, в устройстве гелиевого течеискателя присутствуют коллектор ионов, который подключается к входу электрометрического каскада, усиливающего постоянный ток. Для фиксации и оповещения о найденной утечке, блок выходного прибора измерения ионного тока издает световой и звуковой сигналы. Чтобы обеспечить максимально высокую чувствительность улавливания утечки в устройстве учтена компенсация фоновых искажений, что дает возможность реагировать именно на те сигналы, которые были вызваны утечкой, на сверхчувствительных шкалах измерительного прибора ионного тока. Чтобы правильно выставить чувствительность, существует специальная гелиевая течь, калибрующая прибор.
