Исследовательские и химические лаборатории, различные сферы производства и промышленности, где используются вакуумные или криогенные установки, нуждаются в тщательном контроле герметичности этих систем. Для этих целей используют такой прибор, как течеискатель. Существует несколько разновидностей устройства, но наиболее широкое распространение получили гелиевые анализаторы, обладающие высокой чувствительностью, а значит, точностью.
Содержание:
Течеискатели – как работают
Существует несколько видов аппаратуры для обнаружения течей, но наиболее точным является гелиевый течеискатель. Его используют для масс-спектрометрического контроля герметичности вакуумных систем или их элементов. Как понятно из названия прибора, при его работе используется гелий.
Течеискатели – как работают
Существует несколько способов такого контроля:
- Обдув. В комплект прибора входит обдуватель, который подсоединен к баллону с гелием. Обследование установки начинают с наиболее удаленной от низковакуумного насоса точки, постепенно приближаясь к агрегату. В момент приближения струи гелия к участку с нарушенной герметичностью его содержание в камере повышается, что фиксируется прибором. При этом скорость перемещения обдувателя должна равняться 1 см/с.
Это достаточно чувствительный метод, который можно использовать как глобально, так и локально. Но его использование ограничено, за счет большого времени реагирования, а также, периодической необходимостью подключения дополнительных средств откачки, что снижает точность измерений.
- Барокамера. Применяется при глобальном обследовании системы. Ее полностью помещают в камеру и наддувают гелием. Этот метод обладает наибольшей чувствительностью и позволяет обследовать предмет, оборудование полностью. Но существуют ограничения по прочности изделия, его габаритам.
- Щуп. При таком обследовании предмет или устройство наддувают инертным газом. К анализатору подсоединяют щуп, посредством вакуумного шланга, и устанавливают оптимальный поток гелия, чтобы поддерживать рабочее давление. Это широко применяемое исследование, при котором можно проверять объекты, не подлежащие вакуумированию. Но есть ограничения в чувствительности, а эффективность исследования во многом зависит от профессионализма оператора. Также есть корреляция между длиной щупа и временем отклика.
- Обратный ток. Этот способ используют при проверке опрессованных предметов небольшого размера. Он имеет высокую чувствительность, но не подходит для выявления больших участков разгерметизации. Метод подразумевает выдержку изделия в камере с инертным газом, где создается давление около 3 бар. После выдержки изделие вентилируется. Далее его помещают в камеру, которая вакуумируется анализатором.
- Метод присоски. Чаще всего это способ контроля элементов систем для создания разреженной атмосферы на этапе их производства. В ходе испытаний к шлангу прибора подсоединяют присоску, к уплотнителю которой прижимают проверяемый элемент. Вспомогательный насос откачивает воздух из присоски, и после надежной фиксации детали вокруг нее создают гелиевую камеру или проводят обдув – это зависит от того, проводится контроль герметичности или поиск течи.
Независимо от способа и цели испытаний, во всех случаях используют один тип контрольного прибора.
Вакуумные и гелиевые течеискатели газа
Описываемый течеискатель газа может называться как вакуумным, так и гелиевым. Оба названия верны, так как говорят об используемом газе и принципе работы аппарата (для исследования необходимо создать разреженную среду).
Вакуумные и гелиевые течеискатели газа
Основным элементом оборудования является камера, где осуществляется масс-спектрометрия. В ней установлен источник ионов и их приемник, а сама камера помещена между полюсами постоянного магнита.
При включении устройства нагревается вольфрамовый катод, в результате этого он эмитирует электроны. Они направляются в ионизирующую камеру. В это же время исследуемая система обдувается пробным газом (гелием), и его молекулы тоже проникают в камеру – если система негерметична. Далее положительно заряженные ионы газа, за счет ускоряющего напряжения, попадают в камеру, где расположен магнитный анализатор, проходя через входную и выходную щели, двигаясь по строго определенной траектории. В анализаторе ионы разделяются по массам, благодаря воздействию магнитного поля движутся по круговой траектории. Ее радиус можно изменить, меняя ускоряющее напряжение.
За счет фокусирующего действия анализатора ионы с определенной массой, которые расходятся из источника, собираются в узкий пучок возле диафрагмы приемника.
Помимо диафрагмы, в конструкцию приемника входит супрессорная система, состоящая из двух сеток. Она задерживает случайно попавшие рассеянные или потерявшие часть энергии ионы, нейтральные молекулы, за счет тормозящего электрического поля.
Ионный коллектор соединен с электрометрическим каскадом, который необходим для усиления падения напряжения на высокоомном сопротивлении. После того, как выходной сигнал усиливается, блок измерения ионного тока выводит результаты измерения на дисплей. При обнаружении течи раздается звуковой сигнал и на дисплей выводится соответствующее сообщение.
Перед использованием анализатора необходимо провести его калибровку, по внутренней или по внешней встроенной течи. Перед этим рекомендуется холостая работа техники для прогрева ее элементов, в течение 15-20 минут.
Чувствительность прибора зависит от минимального регистрируемого потока пробного газа. Для повышения чувствительности прибора снижают мощность насоса, который используется для обеспечения нужного давления в камере. Но при этом увеличивается и флуктуация фона, и в определенный момент значения компенсируют друг друга.
Это принцип работы гелиевого течеискателя. Современные аппараты представляют собой системы под компьютерным управлением, полностью автоматизированные или полуавтоматические. Так же современные модели имеют функцию блокировки системы и самого спектрометра при критическом изменении давления на входе или в камере анализатора.
Все устройства имеют несколько функциональных режимов – вакуумная камера, обдув, щуп. Также во многих моделях предусмотрены и режимы с ручными настройками, что расширяет возможности аппаратов.
Вакуумный течеискатель настраивается только на определенный вид газа, чаще всего это гелий, но с некоторыми моделями может использоваться и водород. Гелий предпочтительнее, так как обладает такими свойствами:
- имеет одни из наименьших атомных размеров, благодаря чему легко обнаружить даже небольшие нарушения герметичности;
- не образует конденсат;
- инертен, в том числе, по отношению к другим газам;
- не обладает токсическими свойствами;
- в атмосфере обнаруживается в небольшом количестве, что минимизирует вероятность ошибочности измерений;
- безопасен в использовании, не наносит вред окружающей среде.
Несомненным достоинством этого газа является и то, что он не является дефицитом на современном рынке.
Обзор течеискателей-анализаторов
В России разнообразные виды течеискателей представлены десятками моделей от разных производителей, отечественных и зарубежных. Сигнализаторы изготавливаются в виде компактных или более габаритных устройств, как полностью автоматических, так и полуавтоматических. В зависимости от специфики модели, она имеет более или менее широкий спектр настроек.
Обзор течеискателей-анализаторов
Импортное оборудование, заслужившее доверие специалистов, представлено продукцией таких брендов, как Leybold, Pfeiffer, Agilent, Shimadzu. Но и отечественные заводы не в меньшинстве, и продукция НПФ Прогресс, Завод Измеритель, MSH Techno.
Leybold GmbH. Немецкая компания предлагает аппараты для проверки герметичности агрегатов, приборов, трубопроводов. Простая конструкция, компактный, прочный корпус, автоматическая работа, быстрый старт и высокая чувствительность – техника от этого бренда имеют множество достоинств.
Pfeiffer. Еще один немецкий изготовитель оснащения для выявления протечек. Большой выбор моделей с разными габаритами, спецификой позволяет легко найти оборудование для любых целей. Мощности компании находятся в Европе, поэтому ее продукция славится высоким качеством сборки. Встроенные карты памяти, сенсорный дисплей, пульт управления – все аппараты Pfeiffer, помимо высокой точности и надежности, обладают современными достоинствами.
Agilent. Американский бренд предлагает несколько видов оборудования – автоматического, надежного, оснащенного дистанционным управлением. Также предлагаются модульные системы, которые встраиваются в комплексы для контроля герметичности. Аппараты комплектуются сухими спиральными, пластинчато-роторными насосами.
Shimadzu. Эта японская компания выпускает все типы аналитического оборудования, и в этом она уникальна. Детекторы течи выпускаются для универсального использования, так как комплектуются насосами с высокой эффективностью, обеспечивающими стабильность работы при больших объемах. К другим достоинствам продукции этого бренда относят моментальную готовность к работе, сверхвысокую чувствительность, возможность определения утечки на расстоянии до 10 метров от управляющего блока.
НПФ Прогресс. Собственные разработки и производство приборов делают НПФ Прогресс одним из известнейших изготовителей в РФ. Компания выпускает несколько моделей детекторов утечек, способных не только обнаружить, но и точно определить локализацию дефекта. Изделия работают в двух режимах, комплектуются насосами высоковакуумного или формвакуумного типа.
Завод Измеритель
Этот завод занимается выпуском различной радиоаппаратуры, но в линейке продукции есть и течеискатель вакуума, ТИ1-50. Это современное, универсальное устройство, обладающее отличными техническими характеристиками, не уступающее импортным аналогам. Устойчивость к отключению энергии и повышенная надежность делают этот прибор оптимальным решением для многих предприятий.
MSH Techno. Московская компания – один из лидеров по выпуску оснащения, используемого в исследовательской, научной работе, высокотехнологичном производстве. Ее продукция – это компактные современные приборы с наивысшей скоростью измерения, высокой точностью и стабильностью показателей.