ТЕЧЕИСКАТЕЛЬ ДЛЯ РАБОТЫ МЕТОДОМ ЩУПА Российский патент 2014 года по МПК G01M3/04 G01M3/20 

Изобретение относится к течеискателю для работы методом щупа со шлангом щупа, соединенным со шлангом щупа через дроссель вакуумным насосом, и датчиком тестового газа, при этом выше по потоку от дросселя выполнена точка распределения, от которой к датчику тестового газа ведет отвод

Течеискатель для работы методом щупа такого типа описан в DE 102006047856 A1 (INFICON GmbH). Он имеет шланг щупа, который на конце оснащен щупом. Прибор имеет на впуске дроссель для того, чтобы при снятии шланга щупа предотвращалась установка в точке распределения полного атмосферного давления. От точки распределения к входу вакуумного насоса отходит трубопровод, который содержит дроссель. Дроссель задает скорость отсасывания для нормального режима работы. Параллельно ему подсоединена обводная линия, имеющая вентиль. Датчик тестового газа представляет собой датчик парциального давления, описанный в DE 10031882 A1. Этот датчик парциального давления имеет камеру, закрытую селективно проницаемой для тестового газа (гелия) мембраной. Внутри камеры находится датчик давления Пеннинга или другой датчик давления, который вырабатывает электрический сигнал, показывающий величину давления. Из этого давления выводится сигнал, соответствующий обнаруженному количеству тестового газа.

Известны также течеискатели для работы методом щупа, которые в качестве датчика тестового газа содержат масс-спектрометр. Вследствие этого требуется дорогостоящий высоковакуумный насос. У обоих типов датчиков тестового газа чувствительность обнаружения зависит от промежуточного давления (суммарное давление) в зоне впуска датчика тестового газа. Поэтому предел обнаружения течеискателя для работы методом щупа ограничивается стабильностью суммарного давления в точке распределения или входе устройства для обнаружения.

У гелиевого течеискателя для работы методом щупа изменение суммарного давления сразу заметны, так как изменения измеренного сигнала вызываются уже базовым сигналом системы, обусловленным содержащимся в воздухе гелием. В случае течеискателей хладагентов, у которых в качестве тестового газа используется хладагент, влияние стабильности суммарного давления становится заметным лишь при измерении величины утечки, так как хладагенты в воздухе обычно отсутствуют.

Суммарное давление (промежуточное давление) в точке распределения задается потоком через питающий трубопровод и скоростью откачки вакуумного насоса. Суммарное давление, которое устанавливается при работе определенного вакуумного насоса, не может быть заранее точно задано и не является постоянным. Оно может скачкообразно меняться при работе вакуумного насоса. Прежде всего подобные изменения могут происходить при использовании в качестве вакуумного насоса мембранного насоса. Изменения суммарного давления оказывают влияние на чувствительность обнаружения течеискателя для работы методом щупа. При относительно высоком суммарном давлении парциальное давление тестового газа также высокое. Соответственно этому получается высокая чувствительность обнаружения. При низком суммарном давлении чувствительность обнаружения становится соответственно ниже.

В основу изобретения положена задача создания течеискателя для работы методом щупа, на чувствительность обнаружения которого не оказывают влияние колебания скорости откачки вакуумного насоса.

Течеискатель для работы методом щупа согласно изобретению определен посредством п.1 формулы изобретения. Он отличается тем, что предусмотренный между шлангом щупа и вакуумным насосом после точки распределения дроссель представляет собой диафрагму с круглым отверстием, пропускная способность которой подобрана таким образом, что падение давления на диафрагме с круглым отверстием больше чем Р₂/2, при этом Р₂ является промежуточным давлением в точке распределения.

Согласно изобретению поток газа по пути от шланга щупа к вакуумному насосу блокируется диафрагмой с круглым отверстием. При заблокированном течении поток не зависит от низкого давления со стороны выхода диафрагмы с круглым отверстием. Это означает, что при изменении давления на входе в вакуумный насос поток через диафрагму с круглым отверстием не будет изменяться. Поэтому и давление со стороны входа диафрагмы изменяться не будет. Это означает, что возникающие изменения давления перед вакуумным насосом не оказывают никакого действия на чувствительность, и стабильность сигнала, и чувствительность системы не зависят от давления перед вакуумным насосом.

Согласно изобретению дросселем является диафрагма с круглым отверстием, при этом длина L диафрагмы с круглым отверстием меньше диаметра D отверстия. В отличие от дросселя, имеющего капиллярный канал, диафрагме с круглым отверстием присущ эффект, который заключается в том, что поток не зависит от давления. Подобный эффект у других типов дросселей не наблюдается.

Данные измерений, согласно которым падение давления на диафрагме с круглым отверстием больше чем Р₂/2, другими словами означает, что проводимость L_B меньше скорости S откачки вакуумного насоса. Путем использования диафрагмы с круглым отверстием с высоким сопротивлением протеканию (=низкой проводимостью) на кривой, отображающей зависимость потока от давления насоса, появляется горизонтальный участок для низких давлений насоса. В области этого горизонтального участка работает течеискатель для работы методом щупа согласно изобретению.

Датчиком тестового газа может быть датчик парциального давления или масс-спектрометр. В случае датчика парциального давления, например в Wise-Technology фирмы Inficon GmbH, парциальное давление тестового газа может определяться без создания условий высокого вакуума. Альтернативно этому, в качестве датчика тестового газа может быть использован масс-спектрометр, у которого небольшая часть закачиваемого вакуумным насосом газа ответвляется и подводится к анализатору. И в этом случае благодаря диафрагме с круглым отверстием суммарное давление на входе в анализатор поддерживается постоянным.

Ниже со ссылками на чертежи более подробно описывается пример осуществления изобретения, где:

Фиг.1 - схематическое изображение течеискателя для работы методом щупа с датчиком парциального давления согласно изобретению,

Фиг.2 - схематическое изображение течеискателя для работы методом щупа с масс-спектрометром согласно изобретению,

Фиг.3 - схематическое изображение течеискателя для работы методом щупа с указанием параметров давления,

Фиг.4 - продольный разрез диафрагмы с круглым отверстием,

Фиг.5 - графическое изображение уменьшения потока с увеличением давления насоса на входе в вакуумный насос при промежуточном давлении Р₂, равном 300 мбар.

К щупу 10 присоединен шланг 11 щупа, который выполнен в виде капиллярной трубки. На входе 12 щупа атмосферное давление составляет около 1000 мбар. Поток Q через шланг щупа составляет, например, 100 см³/мин в стандартных условиях. Шланг щупа ведет к датчику 15 тестового газа, который в данном случае выполнен в виде датчика парциального давления согласно DE 10031882 A1. Давление р на входе в датчик парциального давления составляет примерно 250 мбар. Между датчиком 15 тестового газа и вакуумным насосом 16 проходит подающий трубопровод 17, в котором находится дроссель D2. Сторона входа дросселя D2 связана с манометром 18. Вакуумный насос 30 представляет собой, например, двухступенчатый мембранный насос.

Форма дросселя D2 показана на Фиг. 4. Дроссель состоит из плоской перегородки в форме диафрагмы 20 с круглым отверстием, которая расположена поперек всасывающего трубопровода 17. Диафрагма 20 с круглым отверстием имеет отверстие 21, которое, например, имеет круглую форму. Длина диафрагмы с круглым отверстием в направлении потока, то есть толщина перегородки, меньше, чем диаметр D отверстия 21.

На Фиг. 2 показан течеискатель для работы методом щупа с масс-спектрометром. Щуп 10 соединен с корпусом 13 течеискателя для работы методом щупа, при этом предусмотрено штекерное соединение 14. В корпусе 13 находятся дроссель D1 в форме входной диафрагмы, который предотвращает при отсоединении штекерного соединения 14 повышение давления во всасывающей трубопроводе до атмосферного.

Впускной трубопровод ведет к точке 24 распределения. От нее линия 25 отвода, которая содержит дроссель, ведет к масс-спектрометру 26. Масс-спектрометру для работы требуется высокий вакуум. Этот вакуум создается турбомолекулярным насосом 27. У насоса имеется промежуточный ввод, который посредством трубопровода 28 с дросселем связан с точкой 24 распределения. Выпускной патрубок турбомолекулярного насоса 27 связан с форвакуумным насосом 30, который в данном случае имеет двухступенчатую конструкцию. Выпускной патрубок 31 ведет в атмосферу. Промежуточный выпускной патрубок 32 между двумя ступенями 30а и 30b форвакуумного насоса 30 связан с точкой 24 распределения в подающем трубопроводе 33. В этом примере выполнения масс-спектрометр 26 и турбомолекулярный насос 27 образуют датчик 15 тестового газа.

У точки 24 распределения давление равно промежуточному давлению Р₂. У промежуточного ввода 32 вакуумного насоса 30 давление равно давлению Р3 насоса.

На Фиг. 3 в упрощенном виде показан прибор согласно Фиг. 1 и 2. За шлангом 11 щупа следует дроссель D1. К нему присоединен подающий трубопровод 33. В точке 24 распределения подающего трубопровода 33 отходит отвод 25 к датчику 15 тестового газа с прямым и обратным трубопроводами. Давление в точке 24 распределения является промежуточным давлением Р₂ или суммарным давлением.

От точки 24 распределения подающий трубопровод 33 проходит через дроссель D2, а оттуда - к вакуумному насосу 16 или 30.

Цель изобретения заключается в том, чтобы поддерживать промежуточное давление Р₂ в точке 24 распределения как можно более постоянным независимо от возможных колебаний давления Р3 насоса или скорости откачки вакуумного насоса. Это достигнуто посредством дросселя D2, который выполнен в виде диафрагмы 20 с круглым отверстием.

На Фиг. 5 показан поток Q, который образуется под воздействием диафрагмы с круглым отверстием в подающем трубопроводе, в зависимости от давления Р3 насоса. Видно, что в диапазоне блокировки В, который распространяется от давления РЗ насоса в 50 мбар до 150 мбар, поток Q и, тем самым, давление Р2 остается постоянным независимо от изменения давления Р3 насоса. При более высоком давлении насоса поток Q уменьшается согласно показанной кривой. Благодаря влиянию диафрагмы с круглым отверстием, падение давления на которой превышает P₂/2, достигается работа исключительно в диапазоне блокировки В.

Изобретение относится к устройствам-течеискателям. Сущность: устройство содержит щуп (10), соединенный посредством шланга (11) через дроссель (D2) с вакуумным насосом (16), и датчик тестового газа (15). Выше по потоку от дросселя (D2) выполнена точка распределения (24). От точки распределения (24) к датчику (15) тестового газа ведет отвод (25). При этом дроссель (D2) выполнен в виде диафрагмы с круглым отверстием. Проводимость диафрагмы подобрана таким образом, что падение давления на диафрагме больше , где - промежуточное давление в точке распределения (24). Технический результат: создание течеискателя для работы методом щупа, на чувствительность обнаружения которого не оказывают влияние колебания скорости откачки вакуумного насоса. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Течеискатель для работы методом щупа со шлангом щупа, соединенным через дроссель с вакуумным насосом, и датчиком тестового газа, при этом выше по потоку от дросселя выполнена точка распределения, от которой к датчику тестового газа ведет отвод, отличающийся тем, что дроссель является диафрагмой с круглым отверстием, проводимость которой подобрана таким образом, что падение давления на диафрагме с круглым отверстием больше чем Р₂/2, при этом Р₂ является промежуточным давлением в точке распределения.

2. Течеискатель для работы методом щупа по п.1, отличающийся тем, что проводимость L_B диафрагмы с круглым отверстием меньше половины скорости (S) откачки вакуумного насоса.

3. Течеискатель для работы методом щупа по п.1, отличающийся тем, что длина (L) диафрагмы с круглым отверстием меньше диаметра (D) отверстия.

4. Течеискатель для работы методом щупа по п.1, отличающийся тем, что датчик тестового газа является датчиком парциального давления.

5. Течеискатель для работы методом щупа по п.1, отличающийся тем, что датчик тестового газа является масс-спектрометром.