4 Выбор методов течеискания и течеискателя

Масс-спектрометрический метод течеискания находит широ­кое применение всюду, где эксплуатируется вакуумная аппаратура. Применение его, однако, не ограничивается испытанием вакуумного оборудования.

Чувствительность масс-спектрометрического метода зависит от чувствительности масс-спектрометра, от выбранного метода испытаний, от общего натекания и газоотделения аппаратуры, от качества пробного газа и других факторов. Но принципиальным ограничением чувствительности метода является не чувствитель­ность масс-спектрометра, которая может быть сделана очень большой, а содержание гелия в атмосфере.

Для уверенного обнаружения течи необходимо, чтобы проник­новение гелия через течь приводило к отсчёту выходного прибо­ра течеискателя, по крайней мере в два раза превышающему отсчёт, вызываемый атмосферным гелием. Это значит, что течеискатель способен обнаружить течь, пропускающую такое коли­чество гелия, которое составит 1/200-ую общего потока в ва­куумной системе.

Рисунок. 4.1 Течеискатель ПТИ-10

Произведем выбор течеискателя для данного случая. Исходя из того, что поток через течь равен Q=0,0014*10^-9м³*Па/с, следовательно выбираем масс-спектрометрический течеискатель ПТИ-10 (наименьший регистрируемый поток 7*10^-13 м³Па/с). Также учитывая что в задание нам нужно подобрать два метеда течеискания, выбираем катарометрический. Данное течеискание, состоит в регистрации изменение теплопроводности газовой среды при поступлении в нее пробного вещества.

Рисунок. 4.2 Портативный течеискатель газов ТИГ-Т1

5. Принцип действия течеискателя

Течеискатель представляет собой высокочувствительный магнитный масспектрометр, настроенный на регистрацию гелия, с автономной системой откачки. Для проведения испытаний на герметичность вакуумным методом предварительно откачанный испытуемый объем соединяется с масс-спектрометрической камерой течеискателя и обдувается гелием (или помещается в чехол, заполненный гелием). Течь индицируется по увеличению сигнала масс-спектрометра, вызываемому повышением парциального давления гелия в масс-спектрометрической камере. Основным элементом течеискателя является масспектрометрическая камера, содержащая ионный источник и приемник ионов.

Ионный источник состоит из камеры 2, в которую попадает пробный газ. От накаленного катода 1 в камеру с положительный Напряжением относительно катода идет пучок электронов, который ионизирует газ. Для фокусировки электронов вдоль направления их движения создают магнитное поле Н1 вдоль линий которого электроны распространяются по спирали. Две диафрагмы 3 и 4 формируют направленный пучок ионов и разгоняют его благодаря разности потенциалов U0. Перед коллектором 6 (см. рис. 5.1) имеется дифрагма 5 с входной щелью в месте фокуса пучка ионов с заданным значением массового числа, соответствующим однозарядным ионам пробного газа. Ионный ток коллектора в дальнейшем усиливают и регистрируют выходным измерительным прибором. Появление пробного газа в газовой смеси, подаваемой в камеру 2, резко увеличивает ионный ток.

Рисунок 5.1 Принцип работы масс-спектрометрического течеискателя

Описание схемы масс –спектрометрического течеискания. Течеискатель подключается к испытуемому объекту с помощью фланца 1 (рис. 5.1)

Рисунок 5.2 Вакуумная схема масс-спектрометрического течеискателя

Для предварительной градуировки может применяться гелиевая течь 12, подключенная через клапан 13. Для дросселирования больших потоков, поступающих в течеискатель, служит клапан-натекатель 2, Ловушка 3насосом 10, подключенным через клапан 11, используется для создания рабочего давления 10­2 Па, измеряемого преобразователем 4 и необходимого для работы масс-спектрометрической камеры 5. Форвакуумный насос 8 обеспечивает через клапан 9 работу высоковaкмнoгo пароструйного насоса 10 и через клапан 6 ­ байпасную откачку камеры 5, Работоспособность насоса 8 можно определить при помощи манометра 7. Течеискатель может подключаться к вакуумным системам как со стороны высокого, так и со стороны низкого вакуума. Вакуумная система течеискателя предназначена для откачки масс-спектрометрической камеры и, как правило, не может быть использована для откачки испытуемого объекта, который должен иметь собственную откачную систему.

Схема чувствительного элемента катарометрического течеискателя приведена ниже на рис 5.3

Рисунок 5.3 Схема чувствительного элемента катарометрического течеискателя (а),мостовая схема течеискателя (б)

Датчик течеискателя состоит из корпуса 1 с двумя параллельными протяжными каналами (рис. 5.3, с), в которые вмонтированы две Тонкие платиновые или платинородиевые нити 2, выполняющие функцию электрических сопротивлений. На рис. 5.3, б показаны сопротивления R1и R2, включенные в цепь мостовой измерительной схемы. Датчик оформлен в виде выносного щупа, который используется для процесса щуповых испытаний контролируемых объектов. В комплекте течеискателя имеется несколько наконечников разной конфигурации для удобства подхода к труднодоступным контролируемым поверхностям.Течеискатель выполнен портативным, что дает возможность проводить испытания крупногабаритных и протяженных объектов одному или нескольким операторам, разграничив их области контроля. Щуп-преобразователь течеискателя соединяется с измерительным блоком гибким шлангом. В массивном медном корпусе преобразователя расположены рабочая и сравнительная ячейки. Выходные отверстия ячеек соединены с общим источником расхода газа, размещенным в измерительном блоке. Для индикации течи измерительный блок снабжен стрелочным прибором и звуковым сигнализатором. Оценка динамики катарометрического течеискателя показала, что время достижения максимального сигнала составляет около 1 с. Это объясняется запаздыванием при перемещении пробного газа к чувствительным элементам. Время спада сигнала еще больше и составляет примерно 5 с. Порог чувствительности по гелию 2,3•10^-6 м³•Па/с. Масса 4 кг.Как видно, чувствительность течеискателя невелика. Однако универсальность течеискателя является его большим достоинством, так как один и тот же прибор в той или иной степени пригоден для поиска течей при опрессовке изделий различными газами. Перспективно применение такого течеискателя для проверки газопроводов с горючими газами (природным газом, пропаном, бутаном и т.п.). Область применения катарометрических течеискателей распространяется также на случаи, когда необходимо перед высокочувствительными испытаниями выявить грубые течи, т.е. осуществить предварительный контроль объектов.