Стабильное значение разрежения достигается только в полностью герметичной, стабильной вакуумной системе. Гелиевый течеискатель – основной инструмент, применяющийся для поиска и выявления течей газов.
Содержание:
- Назначение
- Классификация
- Устройство
- Принцип действия
- Прямоточный режим работы
- Противоточные течеискатели
Назначение
Прибор предназначен для проведения испытаний на проверку герметичности систем и объектов, которые допускают откачку внутренних полостей и их заполнение тестовым газом (гелием). Относится к универсальным автоматическим приборам, обеспечивающим выполнить предварительное откачивание. Способен функционировать в режимах «прямых токов» или «противотоков» с самостоятельным определением соответствующего режима, который осуществляется блоком управления, применяющим их в зависимости от технических параметров исследуемого объекта.
Относится к приборам индикаторного типа. Поверке не подлежит, погрешность размеров течи не нормируется.
Назначение течеискателей
Гелиевые течеискатели применяются во многих сферах деятельности человека и могут предназначаться для таких целей:
- Для контроля герметичных свойств вакуумных систем всех типов и прочих вакуумированных элементов при их изготовлении и последующей эксплуатации;
- Для контроля герметичных свойств приборов электровакуумного и полупроводникового типа;
- Для контроля герметичных свойств иных герметичных объектов, не подлежащих откачиванию;
Классификация
Классификация масс-спектрометрических гелиевых течеискателей происходит с учётом особенностей работы устройства:
- Аппараты, предназначенные для выявления течей в вакуумном оборудовании. Обязательным условием в них является использование тестового газа (гелия), закачиваемого внутрь исследуемого объёма;
- Течеискатели-шнифферы, отличаются недорогой ценой, не таким точным диапазоном выявления течей. Принцип работы построен на поверхностном детектировании гелия.
Классификация течеискателей
Устройство
Конструкция стационарного (переносного) гелиевого течеискателя состоит из следующих элементов:
- Детектор (ловушка) гелия – представлена под видом герметичной масс-спектрометрической камеры с вольфрамо-ториевыми электродами внутри. Конструкция состоит из:
- Вакуумируемой камеры;
- Мишени, которые детектируются ионами гелия;
- Управляющих электродов, создающих электростатическое поле и использующиеся для ускорения ионов и юстировки ионного потока;
- Обогреваемого катода, который выполняет эмиссию электронов, ионизирующих газовые частицы, проникающие в камеру ловушки.
Устройство течеискателей
- Небольшой форвакуумный насос, цель которого заключается в создании предварительного вакуума в камере детектора. В зависимости от модификации и выполняемых задач, устройство может комплектоваться одним или несколькими насосами:
- Высокопроизводительный турбомолекулярный насос (при необходимости создания глубокого вакуума). Технические характеристики агрегата лимитируются в зависимости от чувствительности течеискателя;
- Трубопровод, представленной системой фланцев и вентилей, цель которых заключается в предотвращении вероятности прорыва атмосферного давления в рабочий объём;
- Автоматический блок управления с дисплеем, световым индикатором и динамиком акустической сигнализации.
Устройство портативного течеискателя построено по несколько иному принципу.
Принцип действия
Принцип работы оборудования представлен на примере немецкого гелиевого течеискателя Inficon.
Помещённый в неомагнитный корпус анализатор течеискателя устанавливается между полюсов постоянного магнита.
Принцип действия
Благодаря накалённому вольфрамовому катоду возникает эмитация электронов, которые приобретают ускорение в результате воздействия электрического поля, приложенного между катодом и корпусом ионизатора ионного источника. Стабилизация электротока происходит за счёт стабилизатора эмиссии.
Проникающий в ловушку поток электронов встречается с частицами гелия, возникает процесс ионизации. После этого ионизатор, ускоряющий электрополе, начинает вытягивать сформировавшиеся ионы. Размер поля зависит от значения ускоряющего напряжения, способного изменять свою величину по причине создания энергии, требующейся для ионных пучков. В пространстве дрейфа начинают скапливаться ионы, поступающие сплошным потоком через отверстия в выходной диафрагме ионного источника. В следствие этого возникает их последующее пространственное разделение.
Частотный диапазон движущихся по круговой траектории ионов, происходит в результате того, что они попадают под воздействие магнитного поля постоянного значения. В нём же осуществляется деление электронных пучков, выходящих из источников и содержащих ионы, имеющие одинаковое соотношение заряда к массе. В результате изменения значения ускоряющих напряжений может изменяться и их радиус последующего движения.
Происходить он будет по маршруты, напоминающему полуокружность с радиусом равным 25 мм. при напряжённости магнитного поля, находящейся в диапазоне 0,17-0,25 Тл.
Пространство дрейфа магнитного поля имеет фокусирующее свойство, которое заключается в том, что ионы, имеющие определённую массу и проникающие за пределы ионного источника в виде расходящегося пучка, начинают группироваться в виде узкого сходящегося пучка. Происходит всё это в объёмной плоскости перед входной диафрагмы приёмника. Изменяющееся ускоряющее напряжение влияет на настройку «пика гелия», в котором приёмник принимает направленные в него ионы тестируемого газа.
Электромеханический усилитель объединён с коллектором и передаёт импульс на усилитель постоянного электротока, где он подвергается обработке. В результате программного считывания сигнал поступает на блок управления и индикации.
Прямоточный режим работы
Преимущество использования вакуумных течеискателей заключается в высокой чувствительности и минимальном времени отклика измерительной техники. по режимам работы они могут быть прямоточными или противоточными.
Работающие по принципу частичного или полного протекания остаточных газов через рабочий объём прибора, называются прямоточными. Одними из наиболее популярных устройств, построенный по этому принципу является отечественный ПТИ-10, весьма популярный в конце 90-х гг. Недостатком методики является открытие свободного доступа к вакуумной системе, что неблагоприятно влияет на чистоту объёма и чувствительность прибора.
Прямоточный режим работы
Раньше гелиевые течеискатели работали в совокупности с высоковакуумными паромасляными диффузионными насосами. На его входе устанавливалась азотная ловушка, охлаждение которой происходило за счёт жидкого азота.
Её основным назначением считалось предотвращение проникновения масляных паров в рабочий объём. Это техническое решение считалось единственным верным на протяжении длительного времени, хотя и имело целый ряд значительных недостатков. В первую очередь это сказывалось в необходимости использования жидкого азота, который приходилось периодически доливать в ловушку при длительном измерительном цикле.
Кроме этого, при продолжительных отключениях приходилось выполнять целый спектр дополнительных действий:
- Разогревать масло.
- Отогревать азотную ловушку.
С появлением более усовершенствованных агрегатов турбомолекулярного типа использование диффузионных ушло в прошлое и сегодня практически не используется.
Противоточные течеискатели
В противоточном режиме работает большинство современных течеискателей ведущих производителей («Инфикон», «Пфейфер Вакуум» и другие). Отличительной особенностью данной методики является прямое присоединение измерительного прибора к высоковакуумному насосу. Ввиду того, что безмасляный высоковакуумный насос в таком режиме использоваться не может, он был заменён на турбомолекулярный.
Специфика работы такого оборудования заключается в том, что попадающие в исследуемый объём частицы тестируемого газа проходят через насос против откачиваемого направления, тем самым попадая в масс-спектрометрический объём.
Противоточные течеискатели
Такая особенность становится допустимой в результате того, что передача импульса происходит по отношению к каждой отдельно взятой частице, а объём общей производительности возрастает из-за их обилия. Ключевым достоинством методики противоточного течеискания является цикл полной фильтрации, происходящей в отношении приникающих газов: лёгкий гелий проходит в камеру, газы, имеющие более тяжёлый вес, задерживаются в турбомолекулярном насосе. В результате засорение масс-спектрометрической камеры в несколько раз ниже, чем в прямоточном методе.