СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ Российский патент 2001 года по МПК G01M3/02 

Предлагаемое техническое решение относится к способам испытания устройств на герметичность, в частности с помощью вакуума.

Известен метод измерения величины течи - метод противотока, который заключается в том, что пробный газ из испытуемого объекта поступает на выход высоковакуумного насоса, откачивающего анализатор; при этом весь поток пробного газа откачивается насосом предварительного разрежения. Давление в анализаторе в K раз меньше давления у входа в форвакуумный насос, где K - коэффициент компрессии высоковакуумного насоса [1]. Регулировку диапазона измерения течи при работе по этому методу можно осуществлять за счет изменения коэффициента компрессии высоковакуумного насоса. Для паромасляного насоса это может быть сделано путем изменения мощности подогревателя, а для турбомолекулярного - изменением частоты вращения ротора. Однако инерционность и нелинейность этих способов регулировки мешает их широкому применению.

Известен способ испытания на герметичность, включающий соединение полого объекта с масс-спектрометрическим анализатором, откачку его высоковакуумным насосом, пропускание пробного газа через течь внутрь полого объекта и измерение масс-спектрометром парциального давления пробного газа [2]. Способ предлагает использовать две форвакуумные системы с разной производительностью. Переключая с одной форвакуумной системы на другую, можно расширить пределы измерения течи. Этот способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению.

Недостатком предлагаемого способа расширения верхнего предела измерения течи является дискретность регулировки и незначительное расширение диапазона. Эти недостатки связаны с громоздкостью применения нескольких вакуумных систем.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение возможности регулировки и расширения в сторону больших потоков диапазона измерения величины течи масс-спектрометрическим методом контроля герметичности.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе испытания на герметичность, включающем соединение полых объектов с масс-спектрометрическим анализатором, откачку его высоковакуумным насосом, пропускание пробного газа через течь внутрь полого объекта и измерение масс-спектрометром парциального давления пробного газа, в откачном контуре создают циркулирующий поток пробного газа путем подачи пробного газа на выход высоковакуумного насоса и одновременно через элемент с регулируемой проводимостью на вход высоковакуумного насоса, а затем, регулируя проводимость, изменяют диапазон измерения течи.

Предлагаемый способ испытания на герметичность использует циркулирующий поток, создаваемый высоковакуумным насосом в замкнутом откачном контуре между точками 5 и 6 на фиг. 1. Откачной контур состоит из насоса 2, элемента 7 и соединительных трубопроводов. Этот контур в точке 5 связан с анализатором 1, а в точке 6 - с входом течеискателя 3. Под воздействием насоса 2 в этом контуре возникает циркуляция газа. Давление в откачном контуре и основной вакуумной системе в точке связи 6 одинаково.

Величина потока пробного газа, проходящего от входа 3 на фиг. 1 к форвакуумному насосу 4,
Q=S₂•p₂,
где S₂ - эффективная быстрота откачки форвакуумного насоса в точке 6, а p₂ - давление пробного газа в той же точке.

Высоковакуумный насос создает циркулирующий поток
Q_u=S₁•p₁=U₁(p₂-p₁),
где S₁ - быстрота откачки высоковакуумного насоса в точке 5, а p₁ - давление пробного газа в той же точке, U₁ - проводимость.

Доля циркуляционного потока в общем потоке пробного газа при p₂>>p₁
α = Q_u/Q=U₁/S₂,
где α - коэффициент циркуляции.

Коэффициент компрессии высоковакуумного насоса
K=p₂/p₁=S₁/U₁.

Нижний предел измерения
Q_min=S₂•p_2min=S₂ •p_1min•K=S₂•p_1min• S₁/U₁=S₁•p_1min/α (1)
Верхний предел измерения
Q_max=S₂•p_2max=S₁• p_1max/α (2)
Максимальное давление в точке 6 - p_2max выбирается из двух условий:
1) давление p₂ должно быть меньше максимального выпускного давления p_мвд высоковакуумного насоса (p₂<p_мвд),
2) давление p₁= p₂/K должно соответствовать условиям высокого вакуума (p₁<p_св), где p_св - давление, при котором в анализаторе устанавливаются условия высокого вакуума.

Отношение Q_max/Q_min= p_1max/p_1min не зависит от коэффициента циркуляции. Из (1) и (2) следует, что изменяя коэффициент циркуляции можно смещать рабочий диапазон течеискателя. При уменьшении коэффициента циркуляции верхний и нижний пределы измерения потока смещаются в сторону больших значений (фиг. 2).

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - вакуумная схема течеискателя, использующего способ испытания на герметичность полых объектов с циркулирующим потоком пробного газа;
на фиг. 2 - зависимость диапазона измерения от коэффициента циркуляции.

Вакуумная схема на фиг. 1 содержит анализатор 1, высоковакуумный насос 2, вход 3 для подключения испытуемого объекта, форвакуумный насос 4, место подключения анализатора к высоковакуумной части вакуумной системы 5, место подключения контура с циркулирующим потоком к вакуумной системе откачки объекта 6 и элемент с регулируемой проводимостью 7.

Предлагаемый способ был опробован на базе течеискателя ТИ1-14. Нижний предел измерения парциального давления гелия у этого течеискателя p_1min = 10^-9 Па, а верхний p_1max = 10^-2 Па. Быстрота откачки высоковакуумного насоса S₁ = 0,01 м³/с, а быстрота откачки форвакуумного насоса S₂ = 0,001 м³/с. Калиброванные течи подключали к входу 3. Включали форвакуумный насос и откачивали калиброванную течь и вакуумную систему до общего давления 1 Па. Затем включали высоковакуумный насос и откачивали анализатор до общего давления 10^-4 Па. При коэффициенте циркуляции, равном 0,1 (U₁ = 10^-4 м³/с)? определяли чувствительность анализатора 1 в соответствии с инструкцией к течеискателю. При этом порог чувствительности течеискателя был 10^-10 м³•Па/с, а верхний предел измерения составлял 10^-3 м³•Па/с. Затем настраивали элемент 7 на α = 10^-3 (U₁=10^-6 м³/с). При этом нижний предел измерения потока был равен 10^-8 м³•Па/с, а верхний предел - 10^-1 м³•Па/с. Таким образом в зависимости от относительной доли циркулирующего потока диапазон измерения был расширен на два порядка, что позволяет измерять течи в диапазоне от 10^-1 до 10^-10 м³•Па/с (фиг.2).

Источники информации
1. Патент США N 4499752 от 01.10.85.

2. VARIAN ASSOC.INC.87.12.10 87US-131412, WO 8905514-A.

Изобретение относится к способу испытания объекта на герметичность. Технический результат изобретения - обеспечение возможности регулировки и расширения в сторону больших потоков диапазона измерения величины течи. Это обеспечивается за счет того, что способ включает соединение полого объекта с масс-спектрометрическим анализатором, откачку его высоковакуумным насосом, пропускание пробного газа через течь внутрь полого объекта и измерение масс-спектрометром парциального давления пробного газа. При этом между масс-спектрометрическим анализатором и полым объектом создают откачной контур, обеспечивающий циркулирующий поток пробного газа путем его подачи на выход высоковакуумного насоса и одновременно на вход высоковакуумного насоса с регулировкой величины циркулирующего потока пробного газа для обеспечения регулировки диапазона измерения величины течи. 2 ил.

Способ испытания на герметичность, включающий соединение полого объекта с масс-спектрометрическим анализатором, откачку его высоковакуумным насосом, пропускание пробного газа через течь внутрь полого объекта и измерение масс-спектрометром парциального давления пробного газа, отличающийся тем, что между масс-спектрометрическим анализатором и полым объектом создают откачной контур, обеспечивающий циркулирующий поток пробного газа путем его подачи на выход высоковакуумного насоса и одновременно на вход высоковакуумного насоса с регулировкой величины циркулирующего потока пробного газа для обеспечения регулировки диапазона измерения величины течи.