BỐN CÁCH TÌM RÒ RỈ CHÂN KHÔNG BẰNG HELIUM

Tất nhiên, đây là một trường hợp cực đoan, nhưng khi áp suất chân không ngày càng thấp, thì ngay cả những hệ thống có vẻ an toàn và nguyên sơ nhất cũng sẽ sớm tỏ ra kém chặt chẽ hơn. Cần có độ kín (hoặc “không có rò rỉ”) vì nhiều lý do, bao gồm: để đảm bảo và duy trì áp suất / chân không; vì sự an toàn của sản phẩm; đối với các tiêu chuẩn môi trường; và cho hiệu quả của quy trình. Có hai khía cạnh của công nghệ rò rỉ đáng được kiểm tra: phát hiện rò rỉ và đo lường rò rỉ. 

PHÁT HIỆN RÒ RỈ

Các quy trình và ứng dụng chân không khác nhau yêu cầu các yêu cầu về tỷ lệ rò rỉ khác nhau. Thật vậy, những gì có thể chấp nhận được ở chân không thấp hơn sẽ được coi là hoàn toàn không thể chấp nhận được (và chắc chắn là rất nguy hiểm) ở mức chân không cao hơn. Phương pháp đáng tin cậy duy nhất để phát hiện rò rỉ nhỏ hơn 1x10 ^-6  mbar * l / s là sử dụng máy phát hiện rò rỉ heli. Đường kính rò rỉ cho 1x10 ^-12  mbar * l / s (tương đương với 1Å) cũng là đường kính của phân tử heli và là tốc độ rò rỉ nhỏ nhất có thể được phát hiện.

TẠI SAO HELI ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ PHÁT HIỆN RÒ RỈ?

Heli được sử dụng làm khí đánh dấu để phát hiện rò rỉ vì một số lý do. Chúng bao gồm thực tế là nó chỉ tạo thành ~ 5 ppm trong không khí nên mức nền rất thấp. Heli cũng có khối lượng tương đối thấp nên nó 'di động' và hoàn toàn trơ / không phản ứng. Helium cũng không cháy và thường được bán rộng rãi và giá thành thấp.

Mối liên quan này với heli là một trong những lý do tại sao một trong những phương pháp phát hiện rò rỉ nhanh chóng và chính xác nhất sử dụng heli làm khí đánh dấu và một khối phổ kế để phân tích / đo lường. Hơn nữa, heli được chọn làm khí đánh dấu vì nó nhẹ, rất nhanh và hoàn toàn vô hại.

Phát hiện rò rỉ khí Heli

Việc phát hiện Helium hoạt động theo cách sau: thiết bị được kiểm tra hoặc được tạo áp suất từ ​​bên trong hoặc được tạo áp suất khác từ bên trong mà không có heli. Khí từ bất kỳ chỗ rò rỉ tiềm ẩn nào được thu thập và bơm vào khối phổ kế để phân tích, và bất kỳ giá trị nào trên dấu vết nền của heli là bằng chứng về sự rò rỉ. Bản thân máy quang phổ hoạt động theo cách sau: bất kỳ phân tử heli nào bị hút vào máy quang phổ sẽ bị ion hóa, và các ion heli này sau đó sẽ “bay” vào bẫy ion nơi dòng điện ion được phân tích và ghi lại. Dựa trên dòng điện ion hóa, tốc độ rò rỉ sau đó được tính toán.

Việc đọc tài liệu tham khảo (hoặc thông tin cơ bản) đối với heli là một phần quan trọng của quá trình. Bài đọc tham khảo này cung cấp "tiếng ồn nền" cho heli, có thể được coi là mức xung quanh của heli. Phần lớn helium nền này được chứa trong khoảng từ 100 đến 150 lớp phân tử khí siêu nhỏ và là khí vĩnh cửu (chứa trong không khí) có trong máy dò rò rỉ, máy bơm, bộ phận kiểm tra, v.v. Việc loại bỏ helium bề mặt này được gọi là "Khử khí" và bắt đầu khi tất cả khí đã được bơm ra ngoài, một khi các phân tử đã được "khử khí" từ bề mặt bên trong của kim loại. Quá trình giải hấp này bắt đầu ở áp suất khoảng 10 ^-1 mbar. Việc khử khí như vậy bằng cách giảm áp suất hoặc bằng cách làm nóng bề mặt buồng không phải là bất thường, nhưng ngay cả khi đó cũng không loại bỏ hoàn toàn tất cả khí ở các bề mặt. Ngoài helium bề mặt, helium “dự phòng” cũng được chứa trong các vòng chữ O hoạt động giống như bọt biển, đồng thời cung cấp một dấu hiệu tốt về mức độ sạch của thiết bị. Các thiết bị phát hiện rò rỉ heli hiện đại có thể liên tục đo và tính toán mức bên trong (nền) này và tự động trừ mức này khỏi phép đo tốc độ rò rỉ.

ĐO RÒ RỈ

Để có thể tính toán tỷ lệ rò rỉ cho khí, áp suất đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước của rò rỉ khí). Tốc độ rò rỉ là lượng khí chảy qua vật liệu / màng ở một chênh lệch áp suất nhất định mỗi lần. Cơ sở của việc tính toán tỷ lệ rò rỉ là: đường kính của rò rỉ là hình tròn; và kênh rò rỉ tương đương với độ dày của vật liệu mà đường rò rỉ “đi qua”. Tốc độ rò rỉ = lượng khí / thời gian = áp suất x thể tích / thời gian, và được đo bằng mbar * l / s hoặc các đơn vị tương đương.

PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN RÒ RỈ

Có một số phương pháp phát hiện rò rỉ - phương pháp nào được sử dụng - gần như dựa trên áp suất / chân không đang được kiểm tra. Đơn giản nhất là thử nghiệm bong bóng, được minh họa tốt nhất bằng cách đặt một máy bơm xe đạp bị thủng dưới nước và đánh dấu nơi bong bóng đến hoặc đặt chất lỏng rửa xung quanh mối nối của ống nước / khí đang hoạt động và quan sát xem chất lỏng có tạo bọt hay không. . Cả hai đều là những cách đáng tin cậy để phát hiện rò rỉ áp suất thấp. Thử nghiệm bong bóng được sử dụng cho máy hút chân không từ 10 ^-4  mbar.

Thử nghiệm phân rã áp suất chính xác là: buồng được điều áp và sự sụt giảm áp suất được quan sát và ghi lại. Thử nghiệm phân rã áp suất được sử dụng lên đến 10 ^-3  mbar. Thử nghiệm tăng áp suất hoạt động ngược lại. Áp suất bên trong buồng được tăng lên và khả năng duy trì áp suất được quan sát so với số đọc áp suất đầu vào. Thử nghiệm độ tăng áp suất được sử dụng lên đến 10 ^-6  mbar * l / s.

Tuy nhiên, đó là chế độ "tích phân" heli (chính xác lên đến 10 ^-12  mbar * l / s) và thử nghiệm "máy đánh hơi" heli, (chính xác lên đến 10 ^-7  mbar * l / s), là chính xác nhất quy trình phát hiện rò rỉ ở phạm vi chân không cao.

LÀM THẾ NÀO ĐỂ MÁY DÒ KHÍ HELI HOẠT ĐỘNG? 

Bốn phương pháp phát hiện rò rỉ khí Heli (HLD)

Có hai phương pháp phát hiện rò rỉ heli (HLD): thử nghiệm tích hợp hoặc thử nghiệm cục bộ. Việc lựa chọn phương pháp nào để sử dụng phụ thuộc vào tình hình, cũng như sản phẩm cuối cùng sẽ được sử dụng để làm gì. Phương pháp “tích phân” cho biết nếu có rò rỉ (nhưng không phải là bao nhiêu chỗ rò rỉ khác nhau), phương pháp “cục bộ” cho biết nơi có rò rỉ (nhưng khó xác định chính xác tỷ lệ rò rỉ / kích thước rò rỉ). Cả hai phương pháp phát hiện này đều có thể được chia nhỏ thành hai phần nữa: “mẫu dưới áp suất” và “mẫu trong chân không”.

Quy trình đầu tiên trong hai quy trình thử nghiệm tích hợp được gọi là phương pháp “tích phân (mẫu dưới áp suất)” , với buồng đang được khảo sát được đặt trong một hộp chứa kín. Buồng được tạo áp suất bằng heli và bình chứa được kết nối với thiết bị phát hiện rò rỉ. Trong trường hợp bị rò rỉ, một mẫu khí từ bên trong bình chứa sẽ được hút ra và đi qua một máy đo khối phổ tại đó mức heli được ghi lại bất kỳ sự gia tăng nào (trên số đọc nền).  

Trong phương pháp “thử nghiệm tích hợp (mẫu trong chân không)” , lại đặt buồng chứa trong vật chứa nhưng trong trường hợp này, vật chứa được tạo áp suất bằng heli - và buồng thử nghiệm được nối trực tiếp với máy dò rò rỉ. Một mẫu khí bên trong buồng được rút ra và đi qua một máy đo khối phổ, nơi một lần nữa, bất kỳ sự gia tăng helium nào từ số đọc nền đều được ghi lại. 

Cặp quy trình thứ hai đôi khi được gọi là thử nghiệm “đánh hơi” và “phun”. Trong phương pháp "máy đánh hơi cục bộ (mẫu dưới áp suất)" , buồng được tạo áp lực bằng heli và một thiết bị đánh hơi đi qua các điểm có khả năng rò rỉ của buồng (mối hàn, mặt bích, cổng, ống dẫn dụng cụ, v.v.) để hút bất kỳ khí thoát ra nào. Khí “đánh hơi” này được chuyển đến một máy đo khối phổ để ghi lại bất kỳ mức helium tăng cao nào (tức là trên nền).

Trong phương pháp "phun cục bộ (mẫu trong chân không)" , buồng được bơm chân không và khí heli được phun / hướng tự do vào các điểm có khả năng rò rỉ, với mục đích một số heli nguyên chất này sẽ bị hút vào trong buồng. Khí, từ bên trong buồng, được đưa vào một máy đo phổ để ghi lại bất kỳ mức heli tăng cao nào. 

Để tóm tắt và đơn giản hóa sự khác biệt giữa hai loại quy trình HLD này: phương pháp tích hợp yêu cầu buồng được đặt bên trong bộ chống khí (không phải lúc nào cũng có thể xảy ra), trong khi ở phương pháp thử cục bộ, buồng được điều áp bên trong bằng heli. hoặc được hút chân không bên trong bằng heli được phun rộng rãi lên bề mặt của buồng tại các điểm dễ bị rò rỉ. Trong cả hai thử nghiệm, heli đi vào máy dò rò rỉ thông qua các lỗ rò rỉ có thể xảy ra và chuyển đến máy quang phổ để phân tích.

TỶ LỆ RÒ RỈ TIÊU CHUẨN HELIUM 

Có một số tiêu chuẩn liên quan đến thiết bị phát hiện rò rỉ và phát hiện rò rỉ. Một trong số này, DIN EN 1330-8, chỉ định 'tốc độ rò rỉ tiêu chuẩn của helium' để sử dụng khi thử nghiệm rò rỉ được thực hiện với heli ở mức chênh lệch áp suất từ ​​1 bar áp suất khí quyển bên ngoài đến áp suất bên trong <1 mbar (trong đó thực hành là điều kiện chung).

Đơn vị SI của tốc độ rò rỉ là gì?

Đơn vị SI của tốc độ rò rỉ đo được là Pa.m3.s-1. Đơn vị đo áp suất trong hệ SI là Pascal (Pa) trong đó 100 Pa = 1 mbar = 1 hPa. Một đơn vị thường được sử dụng cho tỷ lệ rò rỉ là mbar.ls-1.

Kiểm tra tỷ lệ rò rỉ là gì?

Thử nghiệm tốc độ rò rỉ được sử dụng để xác định tốc độ của lượng không khí rò rỉ vào buồng chân không. Tỷ lệ rò rỉ nào có thể chấp nhận được được xác định bởi nhu cầu của chính ứng dụng.

Các tiêu chuẩn về môi trường và an toàn yêu cầu các nhà sản xuất phải đảm bảo độ kín của sản phẩm bằng cách tiến hành kiểm tra rò rỉ như một phần của quy trình sản xuất / phê duyệt chất lượng. Để chỉ ra tốc độ loại bỏ đối với thử nghiệm sử dụng heli trong điều kiện heli tiêu chuẩn, cần phải chuyển đổi các điều kiện thử nghiệm thực tế được sử dụng sang điều kiện tiêu chuẩn của helium; có sẵn các công thức tiêu chuẩn cho các chuyển đổi này.

Khi hệ thống chân không được kết nối với thiết bị phát hiện rò rỉ, các điều kiện tiêu chuẩn của helium phải có trong quá trình phát hiện rò rỉ heli. Sử dụng heli để thực hiện các thử nghiệm rò rỉ đảm bảo các kết quả đáng tin cậy và lặp lại có thể được định lượng và giám sát liên tục.

THÁCH THỨC HELIUM 

Cần phải đánh giá rằng có những thách thức nhất định liên quan đến việc phát hiện các rò rỉ nhỏ bằng cách sử dụng heli. HLD đặc biệt nhạy cảm và helium xung quanh hoặc bị cuốn vào có thể dễ dàng ảnh hưởng đến độ chính xác của việc phát hiện rò rỉ và đo lường rò rỉ. Bản thân máy phát hiện rò rỉ không phải là một bộ phận chống rò rỉ, đó là lý do tại sao môi trường sạch heli là điều cần thiết, nếu cần có các chỉ số chính xác. Ngoài ra, đối với những rò rỉ rất nhỏ, điều quan trọng là phải kiểm soát các yếu tố bên ngoài vì chúng có thể dễ dàng làm thay đổi kết quả. Cuối cùng, helium xung quanh có thể xâm nhập vào hệ thống qua các cổng xả và thông hơi, cũng như thấm qua các vòng chữ O.