Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Гелий массалық спектрометрі – шағын ақауларды табу және орналастыру үшін жиі қолданылатын құрал. Ол алғаш рет Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Манхэттен жобасында уранды байыту өсімдіктерінің газдық диффузия процесіндегі өте кішкентай ақауларды анықтау мақсатымен әзірленген. Әдетте, ол вакуумдық камераны пайдаланады, оның ішінде гелиймен толтырылған герметикалық контейнер орналастырылады. Гелий контейнерден сыздап шығады, ал сыздау жылдамдығы массалық спектрометрмен анықталады.
A helium mass spectrometer is an instrument commonly used to detect and locate small leaks. It was initially developed in the Manhattan Project during World War II to find extremely small leaks in the gas diffusion process of uranium enrichment plants. It typically uses a vacuum chamber in which a sealed container filled with helium is placed. Helium leaks out of the container, and the rate of the leak is detected by a mass spectrometer.
Анықтау әдісі
Гелий трассирлеуші ретінде қолданылады, себебі ол кішкентай тесіктерден жылдам өтеді. Гелий сондай-ақ уытты емес, химиялық тұрақты және атмосферада өте аз мөлшерде ғана кездеседі (5 ppm). Әдетте, гелийдің ақауларын анықтау үшін гелийдің ақауларын анықтағыш құрылғы 10-10 Па·м·с диапазонындағы ақауларды өлшеуге қолданылады. 10 Па·м·с ағын стандартты температура және қысым жағдайында (STP) минутына шамамен 0,006 мл-ға тең. 10 Па·м·с ағын STP жағдайында ғасырға шамамен 0,003 мл-ға тең.
Helium is used as a tracer because it penetrates small leaks rapidly. Helium also has the properties of being non toxic, chemically inert and present in the atmosphere only in minute quantities (5 ppm). Typically a helium leak detector will be used to measure leaks in the range of 10 to 10 Pa·m·s. A flow of 10 Pa·m·s is about 0.006 ml per minute at standard conditions for temperature and pressure (STP). A flow of 10 Pa·m·s is about 0.003 ml per century at STP.
Сырқаттардың түрлері
Көбінесе гелийді нұсқаушы газ ретінде қолданып, ақауларды анықтауда екі түрлі ақау кездеседі: қалдық ақау және виртуалды ақау. Қалдық ақау – бұл нашар тығыздама, тесік немесе жүйедегі басқа да зақымдану салдарынан туындайтын нақты ақау. Виртуалды ақау – бұл герметикалық жабық жүйе ішіндегі заттардың газға айналып шығуынан вакуумдық жүйеде ақаудың көрінісі. Газдар камераға шыққанда, жүйеде қалдық ақау бар деген жалған сигнал беруі мүмкін.
Typically there are two types of leaks in the detection of helium as a tracer for leak detection: residual leak and virtual leak. A residual leak is a real leak due to an imperfect seal, a puncture, or some other hole in the system. A virtual leak is the semblance of a leak in a vacuum system caused by outgassing of chemicals trapped or adhered to the interior of a system that is actually sealed. As the gases are released into the chamber, they can create a false positive indication of a residual leak in the system.
Қолданылуы
Гелий массалық спектрометрлік тесік іздегіштер тоңазытқыш және кондиционерлік жабдықтар, автомобиль бөліктері, газдалған сусындарға арналған ыдыстар, тағамдық қаптамалар, аэрозольдік қаптамалар сияқты өндіріс желісі салаларында, сондай-ақ бу өнімдерін, газ баллондарын, өрт сөндіргіштерді, доңғалақ клапандарын және барлық вакуумдық жүйелерді қоса алғанда, көптеген басқа да өнімдерді жасауда қолданылады.
Helium mass spectrometer leak detectors are used in production line industries such as refrigeration and air conditioning, automotive parts, carbonated beverage containers food packages and aerosol packaging, as well as in the manufacture of steam products, gas bottles, fire extinguishers, tire valves, and numerous other products including all vacuum systems.
Глобалды гелий шашырату
Бұл әдіс сыналып жатқан бөлшекті гелийдің ағуын анықтау детектормен қосуды талап етеді. Сыналып жатқан бөлшектің сыртқы беті гелий концентрациясы 100% гелийге дейін көтерілетін шатыр сияқты қоршауда орналастырылады. Егер бөлшек кішкентай болса, ағуды сынау құралындағы вакуумдық жүйе массалық спектрометр жұмысы үшін қажетті төмен қысымға жете алады. Егер бөлшектің мөлшері тым үлкен болса, жеткілікті төмен қысымды қысқа мерзімде қамтамасыз ету үшін қосымша вакуумдық сорғы жүйесі қажет болуы мүмкін. Жұмыс қысымына жеткеннен кейін массалық спектрометр өлшеуді бастай алады. Егер ағу болса, гелийдің кішкентай және жылдам молекулалары жарықтар арқылы бөлшекке өтеді. Вакуумдық жүйе кез келген іздеу газының молекуласын магниттік секторлық массалық спектрометрдің талдау жасушасына жеткізеді. Операторға сигнал арқылы анықталған ағудың шамасы туралы хабар беріледі.
This method requires the part to be tested to be connected to a helium leak detector. The outer surface of the part to be tested will be located in some kind of a tent in which the helium concentration will be raised to 100% helium. If the part is small the vacuum system included in the leak testing instrument will be able to reach low enough pressure to allow for mass spectrometer operation. If the size of the part is too large, an additional vacuum pumping system may be required to reach low enough pressure in a reasonable length of time. Once operating pressure has been reached, the mass spectrometer can start its measuring operation. If leakage is encountered the small and "agile" molecules of helium will migrate through the cracks into the part. The vacuum system will carry any tracer gas molecule into the analyzer cell of the magnetic sector mass spectrometer. A signal will inform the operator of the value of the leakage encountered.
Жергілікті гелий шашырату
Бұл әдіс жоғарыдағы әдістен шамалы ғана ерекшеленеді. Ол сынақтан өтетін бөлшекті гелийдің ағуын анықтау құрылымына қосуды талап етеді. Сыналатын бөлшектің сыртқы бетіне гелий іздеуші газының шоғырланған ағыны себіледі. Егер бөлшек кішкентай болса, құралдағы вакуумдық жүйе массалық спектрометрдің жұмыс істеуі үшін қажетті төмен қысымға жете алады. Егер бөлшектің мөлшері тым үлкен болса, белгілі бір уақыт ішінде қажетті төмен қысымға қол жеткізу үшін қосымша сорғы жүйесі қажет болуы мүмкін. Жұмыс қысымына жеткеннен кейін массалық спектрометр өлшеуді бастай алады. Егер ақаулық болса, гелийдің кішкентай және "қозғалмалы" молекулалары жарықтар арқылы бөлшек ішіне өтеді. Вакуумдық жүйе кез келген іздеуші газ молекуласын магниттік секторлық массалық спектрометрдің талдау жасушасына жеткізеді. Операторға сигнал арқылы анықталған ағудың шамасы туралы хабар беріледі. Осылайша, максималды ағу сигналы мен гелий себу басының орналасуы арасындағы байланыс операторға ағып жатқан жерді нақты анықтауға көмектеседі.
This method is a small variation from the one above. It still requires the part to be tested to be connected to a helium leak detector. The outer surface of the part to be tested is sprayed with a localized stream of helium tracer gas. If the part is small the vacuum system included in the instrument will be able to reach low enough pressure to allow for mass spectrometer operation. If the size of the part is too large, an additional pumping system may be required to reach low enough pressure in a reasonable length of time. Once operating pressure has been reached, the mass spectrometer can start its measuring operation. If leakage is encountered the small and "agile" molecules of helium will migrate through the cracks into the part. The vacuum system will carry any tracer gas molecule into the analyzer cell of the magnetic sector mass spectrometer. A signal will inform the operator of the value of the leakage encountered. Thus correlation between maximum leakage signal and location of helium spray head will allow the operator to pinpoint the leaky area.
Гелиймен зарядталған вакуумдық сынақ
Бұл жағдайда бөлшек вакуум камерасында гелиймен қысымға ұшыратылады (кейде бұл сынақ 40 бардағы жарылу сынағымен біріктіріледі). Вакуум камерасы вакуумдық сорғы жүйесімен және газ шығуды анықтағышпен байланыстырылады. Вакуум массалық спектрометрдің жұмыс қысымына жеткеннен кейін, гелийдің кез келген ағып кетуі өлшенеді. Бұл сынақ әдісі қысым астында жұмыс істейтін көптеген компоненттерге қолданылады: қауіпсіздік қаптары, буландырғыштар, конденсаторлар, жоғары кернеулі SF6 газбен толтырылған қосқыштар.
In this case the part is pressurized (sometime this test is combined with a burst test, i. e. at 40 bar) with helium while sitting in a vacuum chamber. The vacuum chamber is connected to a vacuum pumping system and a leak detector. Once the vacuum has reached the mass spectrometer operating pressure, any helium leakage will be measured. This test method applies to a lot of components that will operate under pressure: airbag canisters, evaporators, condensers, high voltage SF6 filled switchgear.
Қисмалық вакуум әдісі (ультра-шулаушы сынағы)
Гелиймен зарядталған иіс сезу сынағынан өзгеше, ішінара вакуум әдісі, ультра иіс сезу сынақ газы әдісі (UST әдісі) ішінара вакуум эффектін пайдаланады, сондықтан сынақ үлгісінің газ тығыздығы гелий газымен зарядталған вакуумдық сынақтан бірдей сезімталдықпен қалыпты қысымда анықталады. Әдістің сезімталдығы 10 Па·м³/с құрайды. Классикалық гелиймен зарядталған иіс сезу сынағына ұқсас, сынақ үлгісі қапқа оралады, бірақ классикалық әдістен айырмашылығы, қап гелийсіз газға ұшыратылады, соның нәтижесінде қап ішіндегі гелий концентрациясы 5·10-дан 10 Па·м³/с дейін төмендейді. Бұл сезімталдық 3000 жыл ішінде газдың 1 см-ге теориялық жоғалуына сәйкес келеді. UST әдісі сынақ үлгілерін жедел тексеру үшін өте тиімді қолданылуы мүмкін. Сынақ жүйесін клапандар және пластик шлангтар сияқты стандартты пневматикалық құралдармен оңай орнатуға болады. Сынақ үлгілерін орналастыру үшін қарапайым пластик қап жеткілікті. UST әдісі Германиядағы Wendelstein 7 X термоядролық экспериментінің компоненттерін тексеру үшін де қолданылды.
In contrast to the Helium charged sniffer test, the partial vacuum method, the ultra sniffer test gas method (UST method) uses the partial vacuum effect, so that the gas tightness of test sample can be detected at normal pressure with the same sensitivity as the helium charged vacuum test with helium gas helium. The method has a sensitivity of 10 Pa·m·s. Similar to the classical Helium charged sniffer test the test sample is enclosed in a bag, but in contrast to the classic method, the bag is exposed with a helium free gas, so that the helium concentration inside the bag can reduced from 5·10 to 10 Pa·m·s. This sensitivity corresponds to a theoretical gas loss of 1 cm in 3000 years. The UST method can be used very economically for the ad hoc testing of test samples. The test system can be set up easily, with normal pneumatic items, such as valves and plastic hoses. For the embedding of the test samples, a simple plastic bag is sufficient. The UST method was also used for the leak testing of component of the fusion experiment Wendelstein 7 X in Germany.
Бомбалау сынағы
Бұл әдіс жабық деп есептелетін нысандарға қолданылады. Біріншіден, сынақтан өтетін құрылғы "бомбалау" камерасында ұзақ уақыт бойы жоғары гелий қысымына ұшыратылады. Егер бөлшекте тесік болса, гелий құрылғының ішіне өте алады. Кейін құрылғы вакуумдық камераға орналастырылады, вакуумдық сорғыға және массалық спектрометрге қосылады. Қысым астында құрылғыға енген газдың аз мөлшері вакуумдық камерада босатылып, массалық спектрометрге жіберіледі, онда ағып кету жылдамдығы өлшенеді. Бұл сынақ әдісі имплантацияланатын медициналық құрылғыларға, кристалл осцилляторларына, сау фильтрлеріне қолданылады. Бұл әдіс үлкен тесікті анықтауға қабілетсіз, себебі сынақ камерасы вакуумдалғанда іздеу газы тез сорғыланады.
This method applies to objects that are supposedly sealed. First the device under test will be exposed for an extended length of time to a high helium pressure in a "bombing" chamber. If the part is leaky, helium will be able to penetrate the device. Later the device will be placed in a vacuum chamber, connected to a vacuum pump and a mass spectrometer. The tiny amount of gas that entered the device under pressure will be released in the vacuum chamber and sent to the mass spectrometer where the leak rate will be measured. This test method applies to implantable medical devices, crystal oscillator, saw filter devices. This method is not able to detect a massive leak as the tracer gas will be quickly pumped out when test chamber is pumped down.
Гелиймен зарядталған иіскеуші сынағы
Соңғы жағдайда бөлшек гелиймен қысымға беріледі. Массалық спектрометр арнайы құрылғымен, иіс іздеу зондымен жабдықталған, ол атмосфералық қысымда ауадан (және ағып кету анықталған жағдайда іздеу газынан) үлгі алып, оны массалық спектрометрге жеткізеді. Бұл жұмыс режимі көбінесе басқа әдістермен анықталған ағып кетуді табу үшін қолданылады, бұл бөлшектерді жөндеуге мүмкіндік береді. Заманауи құрылғылар гелийді фондық деңгейден екі рет ондық таңбаға дейін азайта алады, сондықтан иіс іздеу режимінде 5·10 Па·м³/с сияқты кішкентай ағып кетулерді анықтау қазір мүмкін.
In this last case the part is pressurized with helium. The mass spectrometer is fitted with a special device, a sniffer probe, that allows it to sample air (and tracer gas when confronted with a leak) at atmospheric pressure and to bring it into the mass spectrometer. This mode of operation is frequently used to locate a leak that has been detected by other methods, in order to allow for parts repair. Modern machines can digitally remove the helium two decades below the background level and thus it is now possible detect leaks as small as 5·10 Pa·m·s in sniffing mode.