ПРОВЕРКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ГАЗА-НОСИТЕЛЯ В ПЛЕНОЧНОЙ КАМЕРЕ Российский патент 2019 года по МПК G01M3/32 

Изобретение относится к способу проверки герметичности испытуемого объекта внутри пленочной камеры.

Известно, что испытуемые объекты (контролируемые изделия), например упаковки пищевых продуктов, наполняют проверочным газом и вводят в пленочную камеру, которую вакуумируют, чтобы затем детектировать выходящий из испытуемого объекта в пленочную камеру проверочный газ. Во многих случаях в качестве проверочного газа может использоваться и уже содержащийся в испытуемом объекте (упаковочном пакете) газ. При этом речь может идти о защитном газе или о газовых компонентах воздуха, например азоте, кислороде или двуокиси углерода. В качестве проверочного газа могут также использоваться и содержащиеся в упаковке ароматические вещества, например кофе. В качестве дополнительной возможности в качестве проверочного газа могут использоваться газы, которые производятся упакованным в упаковке пищевым продуктом, например двуокись углерода, которая через несколько часов возникает в упаковке кофе.

В результате того, что давление внутри пленочной камеры в области вне испытуемого объекта меньше, чем внутри испытуемого объекта, проверочный газ выходит через возможную негерметичность в испытуемом объекте. В известных способах контролируют процесс роста давления в пленочной камере, чтобы сделать заключение о возможной негерметичности. Если рост давления превышает заданную меру, это можно рассматривать как указание на негерметичность в испытуемом объекте.

Кроме того, например, из WO 2005/054806 А1 известно, что через содержащую испытуемый объект испытательную камеру проводят поток газа-носителя. При этом испытательная камера промывается газом-носителем. Выступающий через испытуемый объект проверочный газ транспортируется потоком газа-носителя из испытательной камеры и подводится на датчик проверочного газа. Однако до сих пор проверка герметичности с помощью газа-носителя с вакуумированными пленочными камерами не проводилось. Напротив, поток газа-носителя подводился в жесткую испытательную камеру с постоянным объемом испытательной камеры. При этом поток газа-носителя должен быть достаточно большим, чтобы вымывать проверочный газ из заданного объема испытательной камеры и транспортировать к датчику. Из этого следует тот недостаток, что концентрация проверочного газа, которая устанавливается в измеряемом потоке газа при заданной норме утечки из испытуемого объекта, тем меньше, чем больший поток газа-носителя выбирают. То есть, предел обнаружения для проверочного газа зависит от величины потока газа-носителя. То есть, чувствительность обнаружения газа утечки не может быть как угодно повышена путем уменьшения потока газа-носителя.

В основе изобретения лежит задача разработать более чувствительный и экономичный способ проверки герметичности.

Согласно изобретению эта задача решается в способе проверки герметичности испытуемого объекта в пленочной камере, которая имеет по меньшей мере одну гибкую стенную область, включающем в себя следующие шаги: введение испытуемого объекта в пленочную камеру; применение газа или газового компонента, содержащегося в испытуемом объекте уже при его введении в пленочную камеру, в качестве проверочного газа для проверки герметичности; вакуумирование пленочной камеры до давления, которое меньше, чем давление проверочного газа внутри испытуемого объекта и чем атмосферное давление; введение газа-носителя в пленочную камеру в область вне испытуемого объекта; и измерение концентрации проверочного газа устанавливающейся газовой смеси в пленочной камере в области вне испытуемого объекта. При этом во время измерения концентрации проверочного газа в пленочную камеру подают непрерывный поток газа-носителя, создаваемый газовыми компонентами, которые по причине вакуума в пленочной камере выделяются из стенки пленочной камеры.

Как указано выше, пленочная камера имеет по меньшей мере одну гибкую стенную область, которая при вакуумировании присасывается к контролируемому изделию и уменьшает объем пленочной камеры. При этом особо благоприятными являются пленочные камеры, стенки которых полностью состоят из гибкой пленки. При вакуумировании испытуемого объекта пленка прилегает к контролируемому изделию. Объем внутри пленочной камеры в области вне испытуемого объекта уменьшен. То есть, в пленочную камеру может быть подан меньший поток газа-носителя, чем в обычном случае жесткой испытательной камеры с неизменяемым объемом. За счет меньшего потока газа-носителя предел обнаружения по сравнению с проверкой герметичности с помощью испытательной камеры с жесткими стенками повышен.

Предпочтительно, объемный поток подводимого газа-носителя составляет максимально однократную величину содержания газа камеры в секунду. Давление внутри пленочной камеры в области вне испытуемого объекта во время измерения концентрации проверочного газа должно составлять максимально 700 мбар. На испытуемый объект проверочный газ подают до и/или во время измерения доли проверочного газа в устанавливающейся газовой смеси из газа-носителя и проверочного газа. Давление проверочного газа в испытуемом объекте должно быть в каждом случае больше, чем давление в пленочной камере во время измерения. Предпочтительно, давление проверочного газа внутри испытуемого объекта должно составлять по меньшей мере 1000 мбар.

Перед введением в пленочную камеру испытуемый объект может быть активно наполнено отдельным проверочным газом. В качестве альтернативы, в качестве проверочного газа могут быть применены газ или газовые компоненты, которые уже содержатся в испытуемом объекте. При этом речь может идти о компонентах воздуха, например азоте, кислороде или двуокиси углерода. В качестве проверочного газа также могут использоваться газы, которые содержат ароматические вещества содержащегося в испытуемом объекте продукта, или состоят из них. Содержащийся в испытуемом объекте продукт может быть пищевым продуктом, например кофе. При этом ароматические вещества кофе могут использоваться в качестве проверочного газа. Еще одна возможность состоит в том, что в качестве проверочного газа используют газы или газовые компоненты, которые в испытуемом объекте производятся содержащимся в испытуемом объекте продуктом (например, пищевым продуктом). Например, кофе в упаковке кофе через несколько часов создает СО₂, который может быть применен в качестве проверочного газа.

В качестве проверочного газа возможным является SF₆, формовочный газ или Не. Особо благоприятным проверочным газом является СО₂. В качестве газа-носителя может быть применен воздух. Особо благоприятным в качестве газа-носителя является азот.

В принципе, поток газа-носителя может непрерывно подводиться в пленочную камеру во время измерения с помощью устройства для подачи газа-носителя (подающего насоса). В соответствии с изобретением в качестве газа-носителя использован тот эффект, что из поверхностей расположенных внутри сторон стенок пленочной камеры за счет естественной проникающей способности и по причине вакуума выделяются газовые компоненты. Выделение этих газовых компонентов происходит в зависимости от давления в пленочной камере постоянно. При этом количество выделяющихся компонентов задает подводимый в пленочную камеру объемный поток газа-носителя. При измерении концентрации проверочного газа определяют количество проверочного газа и приводят в отношение к количеству газа-носителя, то есть, вышедших компонентов, в измеренном потоке газа. Преимущество применения в качестве газа-носителя газовых компонентов, выделяющихся из пленки в результате естественной проникающей способности, состоит в том, что в пленочную камеру не нужно активно подавать отдельный газ-носитель.

Если концентрация проверочного газа превышает заданную величину, например 5 частей на миллион, это служит в качестве указания на негерметичность в испытуемом объекте.

В качестве альтернативы является возможным, что в пленочную камеру лишь однократно подают заданный объем газа-носителя, пред тем, как измеряют концентрацию проверочного газа. Объем газа-носителя может быть подан в пленочную камеру до или после истечения времени накопления. В качестве времени накопления рассматривают время, которое проходит после вакуумирования пленочной камеры и перед измерением концентрации проверочного газа, чтобы через возможную негерметичность из испытуемого объекта могло выйти достаточно измеряемого проверочного газа.

Альтернатива предлагает то преимущество, что чувствительность измерения может быть повышена за счет увеличения времени накопления, без уменьшения количества газа-носителя.

Способ согласно изобретению предлагает то принципиальное преимущество, что предел обнаружения для проверки герметичности может быть уменьшен путем уменьшения объема испытательной камеры (объема пленочной камеры в области вне испытуемого объекта). Малый объем пленочной камеры требует для промывки газом-носителем, к тому же, и меньшего количества газа и продолжительности, чем в случае жесткой испытательной камеры с заданным объемом.

В дальнейшем, на фигурах более детально поясняются примеры осуществления изобретения. Показано на:

Фиг. 1: пример осуществления с непрерывной подачей газа-носителя с помощью подающего устройства,

Фиг. 2: пример осуществления, в котором в качестве непрерывного потока газа-носителя используются выделяющиеся из пленки газовые компоненты,

Фиг. 3: пример осуществления для однократной подачи заданного количества газа-носителя.

В каждом из примеров осуществления пленочная камера 10 образована из двух слоев 12, 14 пленки. В случае с пленками 12, 14 речь может идти о гибких пленках, которые в своей внешней краевой области уплотняющим образом наложены одна на другую. В пленочной камере 10 содержится испытуемый объект 16. Объем 18 пленочной камеры в области вне испытуемого объекта газопроводящим образом соединен с вакуумным насосом 20 для вакуумирования пленочной камеры. Эвакуированное с помощью вакуумного насоса 20 количество газа подается на газовый датчик 22 для определения концентрации проверочного газа в эвакуированной газовой смеси. В случае с газовым датчиком 22 речь может идти, например, о массовом спектрометре.

В примере осуществления согласно фиг. 1 объем 18 пленочной камеры, к тому же, газопроводящим образом соединен с подающим насосом 24, а также с источником 26 газа-носителя. Подающий насос 24 и источник 26 газа-носителя образуют устройство 25 подачи газа-носителя, чтобы подавать в пленочную камеру непрерывный поток газа-носителя. Подающий насос 24 подает содержащийся в источнике 26 газа-носителя газ-носитель в пленочную камеру 10. Вместо подающего насоса 24, в качестве альтернативы, также может быть применен дроссель.

Пример осуществления согласно фиг. 2 отличается от первого примера осуществления тем, что устройство подачи газа-носителя не предусмотрено. После вакуумирования пленочной камеры 10 газовые компоненты, которые выделяются из внутренних сторон стенок 12, 14 пленочной камеры за счет проникающей способности, используются в качестве газа-носителя. При этом проникновение этих газовых компонентов следует непрерывно.

Третий пример осуществления согласно фиг. 3 отличается от первого примера осуществления тем, что объем 18 пленочной камеры соединен не с устройством подачи газа-носителя, а, напротив, с имеющим постоянный объем газа-носителя (например, атмосферное давление) источником 28 газа-носителя. После вакуумирования пленочной камеры 10 с помощью вакуумного насоса открывается вентиль 30 в газопроводящем соединении между источником 28 газа-носителя и пленочной камерой 10, в результате чего объем газа-носителя внезапно входит в пленочную камеру 10.

Прохождение способа в трех примерах осуществления является следующим.

В первом примере осуществления объем 18 пленочной камеры уменьшается в результате вакуумирования пленочной камеры 10 с помощью вакуумного насоса 20. Затем в пленочную камеру 10 с помощью устройства 25 для подачи газа-носителя непрерывно подается уменьшенный поток газа-носителя, в то время как выведенный из пленочной камеры 10 вакуумным насосом 20 газовый поток анализируется датчиком 22. Датчик 22 определяет концентрацию проверочного газа в измеряемом газовом потоке. В случае негерметичности измеряемый газовый поток содержит смесь из газа-носителя и проверочного газа. Концентрация «с» проверочного газа в потоке газа-носителя составляет:

При этом первый член означает концентрацию проверочного газа в результате негерметичности, а второй - замену первоначально имеющейся концентрации проверочного газа проверочным газом из негерметичности. Можно написать также:

причем: с - общая концентрация проверочного газа,

С₀ - начальная концентрация проверочного газа в потоке газа-носителя,

Q_Leck - норма утечки проверочного газа из негерметичности

Q_FI - поток газа-носителя.

Во втором примере осуществления объем 18 пленочной камеры уменьшается в результате вакуумирования пленочной камеры 10 вакуумным насосом 20. В каждом из примеров осуществления испытуемый объект был предварительно наполнен проверочным газом. С помощью вакуумного насоса 20 на датчик 22 подается приблизительно непрерывный газовый поток. При этом в качестве газа-носителя используется выходящий из пленок 12, 14 внутрь за счет проникающей способности газ. Доля проверочного газа в этом газовом потоке определяется датчиком 22.

В третьем примере осуществления после вакуумирования пленочной камеры 10 открывается вентиль 30. Тогда содержащийся в источнике 28 газа-носителя объем газа-носителя втекает в пленочную камеру 10. По истечении заданного времени накопления, в которое проверочный газ через возможную негерметичность в испытуемом объекте 16 может попадать в объем 18 пленочной камеры, с помощью датчика 22 определяется концентрация проверочного газа. Объем газа-носителя из источника 28 газа-носителя может подаваться в объем 18 пленочной камеры до, в течение или по истечении времени накопления.

Изобретение относится к способам исследования устройств на герметичность. Сущность: помещают испытуемый объект (16) в пленочную камеру (10), имеющую по меньшей мере одну гибкую стенную область (12, 14). Вакуумируют пленочную камеру (10) до давления, которое меньше, чем давление проверочного газа внутри испытуемого объекта (16) и чем атмосферное давление. Вводят газ-носитель в пленочную камеру (10) в область (18) вне испытуемого объекта (16). Измеряют концентрацию проверочного газа устанавливающейся газовой смеси в пленочной камере в области (18) вне испытуемого объекта. Причем в качестве проверочного газа используют газ или газовый компонент, содержащийся в испытуемом объекте (16) уже при его введении в пленочную камеру (10). Технический результат: повышение чувствительности проверки. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ проверки герметичности испытуемого объекта (16) в пленочной камере (10), которая имеет по меньшей мере одну гибкую стенную область (12, 14), включающий в себя следующие шаги:

- введение испытуемого объекта в пленочную камеру,

- применение газа или газового компонента, содержащегося в испытуемом объекте уже при его введении в пленочную камеру, в качестве проверочного газа для проверки герметичности,

- вакуумирование пленочной камеры до давления, которое меньше, чем давление проверочного газа внутри испытуемого объекта и чем атмосферное давление,

- введение газа-носителя в пленочную камеру в область вне испытуемого объекта, и

- измерение концентрации проверочного газа устанавливающейся газовой смеси в пленочной камере в области вне испытуемого объекта,

причем во время измерения концентрации проверочного газа в пленочную камеру подают непрерывный поток газа-носителя, создаваемый газовыми компонентами, которые по причине вакуума в пленочной камере выделяются из стенки (12, 14) пленочной камеры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пленочную камеру перед измерением концентрации проверочного газа однократно подают заданное количество газа-носителя.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что концентрацию проверочного газа определяют по истечении заданного времени накопления после впуска газа-носителя.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что заданное количество газа-носителя вводят в пленочную камеру по истечении заданного времени накопления проверочного газа и перед измерением доли проверочного газа.

5. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что газ-носитель впускают в пленочную камеру в объемном потоке максимально однократной величины количества газа в объеме пленочной камеры в секунду.

6. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что введенное в пленочную камеру количество газа-носителя повышает давление внутри пленочной камеры максимально на величину около 100 мбар.

7. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что пленочную камеру перед измерением концентрации проверочного газа вакуумируют до давления максимально величиной около 700 мбар.

8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве проверочного газа используют компоненты воздуха, например азот, кислород или двуокись углерода.

9. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве проверочного газа используют ароматические вещества упакованного в испытуемом объекте продукта.

10. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве проверочного газа используют газ, который создается упакованным в испытуемом объекте продуктом.

11. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что испытуемый объект перед введением в пленочную камеру наполняют проверочным газом.