Гелиевые течеискатели. Принцип работы и использование гелиевых течеискателей
Гелиевые течеискатели. Принцип работы и использование гелиевых течеискателей
Гелиевый течеискатель относится к контролирующим приборам вакуумной системы. Используя инструмент данного типа можно находить утечку в герметичном объеме вакуумной камеры или другого устройства, в котором используется вакуум.
Гелиевый течеискатель принцип работы
Для работы течеискателя данного типа используют гелий, который в определенных условиях начинает проникать через мембрану, которая отсекает остальные газы. Она приводит к срабатыванию детектора, который инициирует появление сигнала. Чем больше гелия попускает течь, тем сильнее становится сигнал.
Производители гелиевых течеискателей
Производители гелиевых течеискателей есть в различных странах мира, в том числе России и ОАО «Завод «Измеритель» — один из них. Из зарубежных компаний можно выделить Agilent Technologies, CCS Services, Edwards, MKS Instruments, Inc., Pfeiffer Vacuum Technology, Inc., Shimadzu Corporation, ULVAC Technologies, Inc.
Практически все вышеперечисленные компании и предприятия осуществляют выпуск другого вакуумного оборудования, а также течеискателей, которые имеют другой принцип действия и функциональные возможности.
Течеискатель ПТИ
Течеискатель ПТИ – это гелиевый масс спектрометрический течеискатель. Сегодня данный прибор производится ОАО «Завод «Измеритель» и имеет высокую популярность в исследовательских центрах, лабораториях предприятиях и технических университетах. Он способен с высокой точность определить место течи, ее количество и другие дополнительные показания.
Гелиевый течеискатель пти 10 – это самый популярный агрегат серии установок. Масс-спектрометрическая камера установки имеет большой размер, поэтому может определять даже самую минимальную течь. Устройство намного эффективней, чем большинство зарубежных аналоговых моделей. Данный гелиевый течеискатель, принцип действия которого легко показать ввиду простой конструкции и доступности к основным элементам, используется чаще, чем другие установки. Они находят применение в вакуумной системе криогенной установке. С его помощью контролируют герметичность приборов электровакуумного и полупроводникового типа, вакуумной системы любого вида, герметичность герметизированных объектов, которые не подвергаются откачке. Значение минимального потока гелия составляет менее 7х10-12 м3па/с. Установка оснащена стрелочным индикатором течи, акустическим индикатором с возможность регулирования громкости и порогом, при котором срабатывает индикатор света. Кроме этого имеется входное отверстие для электронного автоматического потенциомера. Установка пользуется популярность в лабораториях, поскольку может эксплуатироваться без остановок 24 часа. Агрегат потребляет 900 ВА, способен отработать 1500 часов, а все составляет 18 кг. Течеискатель гелиевый пти 10, инструкция эксплуатации к которому прилагается к паспорту, может использоваться как специалистом, так и любителем.
Течеискатель ASM
Гелиевый течеискатель asm – это современный высокотехнологичный аппарат для поиска течи. Данный инструмент имеет максимальную эффективность течи любой величины в производственных или лабораторных установка. Его можно использовать для поиска течи локального характера или глобального исследования системы. Гелиевые течеискатели ASM имеют мощную насосную установку, которая может иметь конвекционный или сухой тип. Данный течеискатель определяет течь с отметки 100 мбар. Агрегат может укомплектовываться различными дополнительными опциями, в том числе щупом, с помощью которого можно определить локацию течи. Он достаточно прост в эксплуатации, быстро откликается и за короткий срок восстанавливается перед очередным использованием.
Установки комплектуются беспроводным дистационным управлением, благодаря которому можно изменять настройки системы с расстояния до 100 м. В некоторых модификациях форвакуумные насосы не идут в комплектации, поэтому можно использовать тот агрегат, который больше всего подходит для выполнения определенной задачи. К преимуществам установки данного производителя можно отнести:
Установка применяется в авиационной промышленности, машиностроении, измерительное технике, холодильных установках, кондиционировании воздуха, полупроводниковой технике.
Течеискатель ТИ
Гелиевый течеискатель ти 1 50 – это устройство, которое имеет масс-спектрометрический элемент. Агрегат отличается тем, что, несмотря на свои габариты, выполняет высокоточный поиск и обнаружение течи. Установка не имеет ограничений по применению и может использоваться для обнаружения течи и вакуумных камер, баков, трубопроводов, запорной арматуры. Инструмент используется для высокопроизводительной поточной проверки герметичности герметичных элементов. Он может встраиваться в автоматическую линию, которая имеет централизованное управление и решать научно-исследовательских задачи, которые требуют нестандартные алгоритмы в работе с вакуумными системами.
Течеискатели МС
Течеискатели мс – это те установки, которые используются для поиска течи любым способом. Агрегаты могут использоваться для вакуумных систем с небольшими объемами. При этом нет необходимости создавать высокое давление. Используя встроенную калиброванную течь можно выполнять соответствующие операции.
Гелиевый течеискатель мс 4 – относится к серии установок. Аналоговым аппаратом является гелиевый течеискатель phoenix l300i. Портативный гелиевый течеискатель имеет меньшие размеры, но при этом не способен находить течь в таком же широком диапазоне, как МС-4. МС-4 – это гелиевый течеискатель, цена которого не намного выше аналога, но при этом его эффективность выше. Контроль гелиевым течеискателем данного типа производится намного проще и быстрее.
Гелиевый течеискатель, виды и параметры
С тех пор, как человечество начало активно изготавливать всевозможные сосуды, емкости, трубы и прочее, что имело максимальную герметичность для сохранения жидкости или воздуха внутри, появилась необходимость в поиске приспособления для выявления утечек. Но если рассмотреть данный вопрос внимательнее, ты можно с уверенностью сказать, что первичные герметичные системы были столь малы и примитивный, что найти трещину либо плохое соединение между деталями оказывалось достаточно просто, с помощью обычного визуального осмотра. Все стало немного сложнее, когда начала активно развиваться наука химии и алхимии, где в разного рода колбах и сосудах было тяжело определить пропускают ли стенки газ, хотя, в данном случае острой необходимости в изобретении течеискателей также не возникло.
По-настоящему активные размышления и разработка устройств для локального поиска всякого рода утечек стартовали после создания первых парогазовых механизмов, которые просто не смогли бы функционировать без наличия полной герметичности рабочих камер. В первую очередь стал вопрос организации безопасности работы с резервуарами и корпусами, внутри которой будет создаваться высокое давление. Это было связано с тем, что технология паяных либо сварных швов в то время была плохо развита и все создаваемые герметичные емкости были потенциально опасными для людей, находящихся рядом с ними в процессе эксплуатации. Корпус механизма мог пропускать взрывоопасный газ или просто разорваться от сильного давления внутри.
Гелиевый течеискатель – это
Данное приспособление считается одним из наиболее удачных и эффективных устройств, для точной локализации и своевременного обнаружения утечек в вакуумных объемах и системах. Таким образом, гелиевый течеискатель стал неотъемлемым инструментом практически в любом производстве либо лаборатории, производственные процессы которых требуют наличия вакуумной среды. Для примера, далее будет рассмотрен гелиевый течеискатель ПТИ-10, так как он является самым популярным в нынешнее время и по характеристикам использования, является универсальным механизмом. С его помощью возможно производить контроль практически всех видов герметичности, используя для этого пробный газ гелий-4.
Наиболее важной характеристикой данного прибора считается минимальная чувствительность, определяющая возможность регистрации прибора утечки, на минимальном уровне. В стандартном варианте, течь измеряется такой величиной – мбар·л/c.
Существуют такие методы поиска утечки как:
Из всех вышеперечисленных способов поиска утечки, масс-спектрометрический метод является наиболее эффективным и чувствительным.
Гелиевый течеискатель: принцип работы
Данное приспособление является высокочувствительным магнитным масс-спектрометром, который четко настроен на регистрирование гелиевых утечек. Его конструкция позволяет проводить практически любые виды тестирования на герметичность: выявление точек утечки в заполненных гелием объёмах либо без него, а также проведение проверки общей герметичности системы. В процессе проведения тестирования на предмет утечки и герметичность с помощью вакуумного метода, заблаговременно удаленный проверяемый рабочий объем, подключается к масс-спектрометрической камере гелиевого течеискателя и вся поверхность обдается гелием либо устанавливается в чехле, который наполнен гелием. В качестве индикатора выступает парциальное давление, которое определяет масс-спектрометр при его увеличении сигнала.
Если откачать рабочую область нет возможности, то тестируемый объект помещается в специальную вакуумную барокамеру, с помощью чехла либо щупов. Особенность применения данного метода обуславливает обязательное использование газа гелия, который должен вводиться либо вовнутрь тестируемого объема либо полностью поглощать наружную поверхность испытуемого объекта. Сам течеискатель подключается прямо к устройству барокамеры или к трубопроводу предварительного разрешения откачного механизма камеры.
Чтобы обнаружить утечку с помощью щупа либо чехла, газ гелий необходимо вводить в рабочий объём тестируемого объекта. Если применяется щуп, то он используется в качестве точечного индикатора поверхности герметичных участков емкости, который всасывает газ. Таким образом, получается, что устройство-щуп улавливает освобождающийся газ и через гибкий шланг передаёт показатели на считывание течеискателю. Таким образом, взаимосвязанные устройства сигнализируют друг другу найденную утечку, в виде пищания течеискателя, когда тот обнаруживает повышенное содержание гелия в полученном образце воздуха.
В основе работы гелиевого течеискателя заложен принцип действия масс-спектрометрической камеры, которая содержит ионизированный источник и уловитель ионов. Данное устройство размещается между положительным и отрицательным полюсами встроенного в механизм постоянного магнита. Постоянно накаленный катод из вольфрама, составляющий часть ионного источника, создает имитацию электронов, ускорение которым даёт электрическое поле, приложенное меж корпусом ионизатора и самим катодом. Среда магнитного поля, которая действует в сторону направления движения электронов, сосредотачивает их поток в пучок направленного действия, что поступает в находящееся отверстие под полностью катода. Внутри камеры ионизации пучок врезается в молекулы газа, который поступает из тестируемого объекта через щуп, что впоследствии производит их ионизацию. При помощи ускоряющего электрического поля созданные ионы достаются из ионизационной камеры. Это поле движется в противоположном направлении от электронного пучка и вместе с полученным образцом попадает в устройство анализатора, через выводящую диафрагму.
Анализатор – это специальная область масс-спектрометрический камеры, где происходит движение ионов от первоисточника к их приемнику. В этом пространстве происходит сортировка ионов в зависимости от их массы, благодаря действию постоянного магнитного поля, заставляющему двигаться эти ионы по круговой траектории. Данное магнитное поле производит деление пучка ионов, которое выходит от источника на более мелкие пучки, которые разнятся одинаковым отношением заряда к массе. Если изменять ускоряющее напряжение при постоянном напряжении магнитного поля, будет доступно изменение радиуса траектории передвижения ионов с определенной массой.
Такой анализатор – это неотъемлемая часть масс-спектрометрической камеры гелиевого течеискателя, он является 180 градусного образца. Движение ионов внутри анализатора, которое начинается от источника и заканчивается в приемнике, осуществляется по полукруглой траектории. Действия подобного анализатора обладает фокусирующим моментом: разобранный в пучок ионов на определённой массе, после прохождения анализатора снова концентрируется в пучок возле поверхности вводной диафрагмы корпуса приемника. Траектория ионов имеет определённый радиус, который в районе одной диафрагмы приёмника имеет размер 3,5 см.
При помощи изменения ускорения ионов напряжения, можно осуществлять настройку гелиевой масс-спектрометрической камеры на «пик гелия», при достижении которого приёмник ионов будет считывать образцы ионов гелия. Сам же приемник для ионов имеет входную диафрагму, которая принимает ионы коллектора электродами молекулы супрессорной системы. Данный элемент конструкции течеискателя состоит из двух сеток, обеспечивающих задержку разбитых ионов, которые незапланированно попали во входную диафрагму приёмника. Между этими сетками создаётся электрическое поле, которое служит для отфильтровывания ионов с недостаточной энергией и пропуска полностью заряженных молекул.
Ещё, в устройстве гелиевого течеискателя присутствуют коллектор ионов, который подключается к входу электрометрического каскада, усиливающего постоянный ток. Для фиксации и оповещения о найденной утечке, блок выходного прибора измерения ионного тока издает световой и звуковой сигналы. Чтобы обеспечить максимально высокую чувствительность улавливания утечки в устройстве учтена компенсация фоновых искажений, что дает возможность реагировать именно на те сигналы, которые были вызваны утечкой, на сверхчувствительных шкалах измерительного прибора ионного тока. Чтобы правильно выставить чувствительность, существует специальная гелиевая течь, калибрующая прибор.
Гелиевый масс-спектрометрический течеискатель: устройство, принцип работы, производители – Inficon, Linxon, Pfeiffer Vacuum
Гелиевый течеискатель применяется для обнаружения течей газа в вакуумных системах, в которых герметичность играет важную роль при проведении исследований. При использовании течеискателя можно обнаружить даже самые незначительные утечки.
Поиск течей происходит посредством применения газовой среды, отличной от той, что имеется внутри вакуумной системы.
Устройство оборудования
Гелиевый масс-спектрометрический течеискатель – наиболее эффективное оборудование, применяющееся для диагностики течей в вакуумных системах. Основной конструктивный элемент – масс-спектрическая камера. Включает ионный источник, систему сепарации (разделения), ловушку ионов.
Ионы должны беспрепятственно передвигаться от ионного источника к ловушке, проходя через систему разделения и не сталкиваясь с газовыми молекулами. Во всех спектрометрах этот путь составляет примерно 150 мм, что требует длины свободного пробега минимум 600 мм. Поэтому оборудование может работать только в условиях высокого вакуума.
Как работает гелиевый течеискатель
Гелиевый течеискатель является высокочувствительным масс-спектрометром. Его принцип работы основан на поиске утечек гелия. С помощью такого оборудования можно искать течи в откачанных и заполненных гелием объемах для определения герметичности камер.
Как работает гелиевый течеискатель
При применении вакуумного метода определения герметичности заранее откачанный газ соединяется с камерой течеискателя, после чего обдувается гелием или помещается в емкость, наполненную гелием. Если наблюдается течь, давление гелия в камере течеискателя повышается, увеличивается сигнал прибора.
Если откачка внутренней полости исследуемого объекта невозможна, испытание проводится в барокамерах с применением метода чехла и щупа. Внутрь испытуемого объекта вводится гелий. Течеискатель может присоединяться прямо к барокамере или к откачной установке, при помощи которой создается разрежение внутри. Негерметичность определяется по увеличению частичного давления гелия в чехле, газ подается в течеискатель щупом. При повышенном содержании гелия в потоке газа уровень сигнала увеличивается.
Порядок работы гелиевого течеискателя
Порядок работы гелиевого течеискателя
Все гелиевые течеискатели работают по одинаковому принципу. Но могут отличаться названия команд. Например, в гелиевом течеискателе ПТИ-10, работа оборудования осуществляется в такой последовательности:
Чтобы выключить течеискатель, необходимо закрыть все клапаны, «ток эмиссии» переключить на «катод выключен». Выключить тумблер «промасляный насос – нагреватель». Через полчаса закрыть клапан «дрессилирование откачки». Отключить течеискатель от сети.
Преимущества проверки течей гелиевым течеискателем
Проверка гелиевым течеискателем считается наиболее чувствительным способом выявления течей. Масс-спектрометры позволяют количественно измерить интенсивность утечки, а также проницаемость газового потока через твердые объекты.
Преимущества проверки течей гелиевым течеискателем
Применение такого оборудования помогает обнаружить утечку любых газов. В качестве индикатора самым практичным является применение гелия. Это дает следующие преимущества:
Наиболее широкое распространение получили квадроупольные гелиевые масс-спектрометры. Встречаются крупногабаритные модели, обычно стационарные, используются в промышленности. Компактные течеискатели имеют небольшие размеры, их можно перевозить благодаря наличию специальной тележки. Портативные гелиевые течеискатели могут использоваться в частных мастерских, автомобильных сервисах.
Производители гелиевых течеискателей
Производители гелиевых течеискателей
Гелиевые течеискатели производятся следующими фирмами:
На территории СНГ производством течеискателей занимаются «Дозор НПП», «Орион НПП», «Стандарт-М», Завод «Измеритель» и другие компании.
На чем основан принцип работы гелиевого течеискателя
А.С.Батурин, И.Н.Ескин, С.Г.Кузменко, Н.Н.Чадаев, Е.П.Шешин
Московский физико-технический институт
НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Гелиевый масс-спектрометрический течеискатель ПТИ-10 предназначен для испытаний на герметичность различных систем и объектов, допускающих откачку внутренней полости, а также заполненных гелием или смесью, содержащей гелий. Течеискатель является универсальным прибором, рассчитанным на все виды контроля герметичности с применением гелия в качестве пробного газа. Конструктивно ПТИ-10 оформлен в виде передвижного прибора.
Минимальный регистрируемый поток гелия без дросселирования откачки — не более 10-10 л торр/c, с дросселированием откачки — не более 5×10-12 л торр/с. В течеискателе предусмотрена компенсация фоновых сигналов с регулировкой компенсирующего (супрессорного) напряжения. В течеискателе имеется стрелочный индикатор течи, акустический индикатор с регулировкой громкости и порога срабатывания и световой индикатор. Имеется выход на электронный автоматический потенциометр.
Течеискатель допускает непрерывную работу в течение 24 часов. После одного часа откачки механическим и паромасляным насосами с применением жидкого азота для охлаждения ловушки в высоковакуумном объеме течеискателя устанавливается давление порядка 10-5 торр. При увеличении давления до 1–2×10-4 торр. и при внезапном прорыве атмосферного воздуха в высоковакуумный объем течеискателя срабатывает вакуумная блокировка и отключается накал катода ионного источника масс-спектрометрической камеры. При отключении сетевого напряжения автоматически перекрывается линия предварительного разряжения паромаслянного насоса и напускается атмосферный воздух в механический насос.
УСТРОЙСТВО И РАБОТА ТЕЧЕИСКАТЕЛЯ
I. Принцип действия
Течеискатель представляет собой высокочувствительный магнитный масс-спектрометр, настроенный на регистрацию гелия. Он обеспечивает возможность проведения любых видов испытаний на герметичность и поиск мест течей в откачанных, а также заполненных газом объемах.
При проведении испытаний на герметичность вакуумным методом предварительно откачанный вакуумный объем соединяется с масс-спектрометрической камерой течеискателя и обдувается гелием или помещается в чехол, заполненный гелием. Течь индуцируется по увеличению сигнала масс-спектрометра, вызываемому повышением парциального давления гелия в масс-спектрометрической камере.
Объекты, не допускающие откачки внутренней полости, испытываются в специальных вакуумных камерах (барокамерах) методами чехла или щупа. При испытаниях барокамерным методом в объекты должен быть введен гелий. Течеискатель присоединяется непосредственно к барокамере или к линии предварительного разряжения её откачной установки. Негерметичность изделий, помещенных в чехол, устанавливается по повышению парциального давления гелия в чехле, газ из которого отбирается в течеискатель с помощью щупа.
При испытаниях по методу щупа подозреваемые в негерметичности участки поверхности обследуются снаружи щупом, всасывающим газ, соединенным с течеискателем гибким вакуумным трубопроводом. Приближение всасывающего сопла щупа к наружному отверстию течи, из которого вытекает гелий, сопровождается увеличением сигнала течеискателя.
Основным элементом течеискателя является камера масс‑анализатора (рис. 1а), содержащая ионный источник и приемник ионов. Камера помещается между полюсами постоянного магнита. Накаленный вольфрамовый катод ионного источника (рис 1б) эмитирует электроны, которые ускоряются электрическим полем, приложенным между катодом и коробкой ионизатора. Магнитное поле, действующее вдоль направления движения электронов, фокусирует поток электронов в узкий пучок, поступающий в полость ионизатора через диафрагму. Электронный пучок вызывает ионизацию молекул газа, поступающего в течеискатель из проверяемого объема.
Рис. 1. Схема масс-анализатора (а) и ионного источника (б):
1 — катод, 2 — ионизатор, 3 — траектория ионов He+,
4 — диафрагма, 5 — супрессор, 6 — коллектор.
Образовавшиеся ионы вытягиваются из камеры ионизации ускоряющим электрическим полем, действующим в направлении, перпендикулярном электронному пучку. Поток ионов через выходную диафрагму ионизатора поступает в анализатор, в котором ионы движутся от источника к приемнику ионов. В анализаторе происходит пространственное разделение ионов по эффективным массам под действием постоянного магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению движения ионов и заставляющего их двигаться по круговым траекториям. Радиус траектории движения иона зависит от его массы, заряда, энергии и величины магнитного поля в соответствии с формулой

где R — радиус траектории движения иона (см); H — напряженность магнитного поля (Эрстед); U — ускоряющая ионы разность потенциалов (В); M — массовое число иона,
Z —число зарядов иона.
В магнитном поле происходит разделение ионного пучка, выходящего из ионного источника, на отдельные пучки, содержащие ионы с одинаковым отношением массы к заряду. Изменяя ускоряющее напряжение при неизменной напряженности магнитного поля, можно менять радиус траектории движения ионов данной массы.
В течеискателе ПТИ‑10 установлен масс-спектро-метрический анализатор 180-ти градусного типа с межполюсным расстоянием в магнитной системе 31 мм. Средняя напряженность магнитного поля в зазоре 1650–1700 эрстед. Траектория движения ионов в нем от источника к приемнику ионов имеет вид полуокружности с радиусом 3,5 см. Анализатор данного типа обладает фокусирующим действием: ионы определенной массы, выходящие из источника расходящимся пучком, вновь собираются в узкий сходящийся пучок в плоскости входной диафрагмы приемника.
Изменением ускоряющего ионы напряжения осуществляется настройка камеры на «пик гелия», при которой в приемник ионов направляются ионы гелия. Приемник ионов состоит из входной диафрагмы, супрессорной системы и принимающего ионы электрода-коллектора.
Супрессорная система, состоящая из двух сеток, служит для задержания рассеянных ионов, случайно попавших во входную диафрагму приемника. Между сетками супрессорной системы создается тормозящее ионы электрическое поле, пропускающее к коллектору ионы гелия с полным запасом энергии и задерживающее рассеянные ионы, потерявшие часть своей энергии в результате соударения со стенками камеры или нейтральными молекулами газа и случайно попавшие на рабочую траекторию. Коллектор ионов соединен со входом электрометрического каскада усилителя постоянного тока. Изменения ионного тока регистрируются выходным прибором блока измерения ионного тока, звуковым и световым индикаторами.
Для обеспечения высокой чувствительности регистрации в ПТИ‑10 предусмотрена компенсация фоновых сигналов, дающая возможность регистрировать сигналы, вызываемые течами, на чувствительных шкалах выходного блока измерения ионного тока. Выбор рабочей шкалы осуществляется в соответствии с уровнем флюктуаций фонового сигнала течеискателя и необходимой чувствительностью испытаний. Для контроля чувствительности течеискателя служит калиброванная гелиевая течь.
2. Структурная схема течеискателя
Структурная схема течеискателя представлена на рис. 2. Течеискатель состоит из двух основных частей: вакуумной системы и электронной схемы.
Рис. 2. Структурная схема течеискателя ПТИ-10
Электрическая схема течеискателя состоит из блока измерения ионного тока (БИИТ-9) с выносным электрометрическим каскадом (Э-3-2), блока питания камеры (БПК-9), блока измерения давления (БИД-10), блока питания вакуумных клапанов (БПВК-10) и панели управления (ПУ-10).
Вакуумная система течеискателя состоит из масс-спектрометрической камеры с постоянным магнитом, паромасляного насоса, двухступенчатого механического насоса, семи вакуумных клапанов, калиброванной гелиевой течи, азотной ловушки, вакуумного датчика и термопарного манометрического преобразователя.
Схема вакуумной системы течеискателя ПТИ‑10 представлена на рис. 3. Рабочее давление в масс-спектро-метрической камере обеспечивается откачной системой, состоящей из механического (2НВР‑5Д) и паромасляного (Н‑0,025‑2) насосов и азотной ловушки, защищающей камеру от замасливания. Корпус и токовводы масс-спектро-метрической камеры герметизируются индиевыми прокладками, обеспечивающими легкую разборность и малое газовыделение.
Рис. 3. Схема вакуумной системы течеискателя ПТИ-10
Контроль давления в линии предварительного разрежения и в высоковакуумном объеме течеискателя осуществляется с помощью термопарного манометрического преобразователя ПТ-4М и магнитно-разрядного вакуумного датчика. Управление вакуумной системой течеискателя при его включении, выключении и в работе производится с помощью вакуумных клапанов. Блокировка защищает течеискатель от выхода из строя при внезапном прорыве атмосферного воздуха в высоковакуумную систему и при отключении сетевого напряжения.
3. Характеристика и назначение клапанов
4. Манометрические преобразователи
5. Блок измерения давления
Блок измерения давления (БИД-10) содержит схемы питания, измерения и блокировки к вакуумному датчику и преобразователю ПТ-4М.
Схема питания и измерения к преобразователю ПТ‑4М содержит стабилизированный источник питания накала манометра с регулировкой тока накала от 90 до 150 мА (установить 130 мА) и стрелочный прибор. Стрелочный прибор кнопкой коммутируется из цепи измерения термо‑ЭДС в цепь тока накала. В цепи нагревателя предел измерения прибора 150 мА, в цепи термо‑ЭДС — 10 мВ. В ненажатом состоянии кнопки стрелочный прибор находится в цепи термо‑ЭДС, т.е. измеряется давление по верхней шкале прибора, проградуированной в торр. В блоке также предусмотрена возможность питания и измерения термо‑ЭДС внешнего преобразователя ПТ‑4М. На задней стенке течеискателя имеется разъем «ПТ‑4М» для подключения к внешнему преобразователю ПТ‑4М. Коммутация схемы питания и измерения осуществляется с помощью переключателя «ПТ-4М» в позицию «ВНЕШ.» или «ВНУТР.»
Питание датчика высокого вакуума осуществляется постоянным напряжением 2 500 ± 60 В. Тумблер «ФОРВА-КУУМ–ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» коммутирует измерительный прибор из схемы измерения термо‑ЭДС ПТ‑4М (форвакуум) в схему измерения тока вакуумного датчика (высокий вакуум). Предел измерения прибора в положении тумблера «ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» — 500 мкА. Отсчет давления производится по средней линейной шкале стрелочного прибора. Градуировочная характеристика вакуумного датчика приведена на рис. 4.
Вакуумный датчик является также датчиком вакуумной блокировки. При увеличении давления в высоковакуумной системе увеличивается ток датчика до уровня срабатывания вакуумной блокировки, зажигается сигнал «ПЛОХОЙ ВАКУУМ» и отключается накал катода ионного источника. Для включения накала катода ионного источника после срабатывания вакуумной блокировки необходимо нажать кнопку «ДЕБЛОКИРОВКА», расположенную на панели управления ПУ-10. Схема вакуумной блокировки срабатывает при давлении 1–2×10-4 торр, что соответствует 85–100 делениям средней шкалы стрелочного прибора БИД-10.
Рис. 4. Градуировочная характеристика вакуумного датчика
6. Блок измерения ионного тока
Блок измерения ионного тока (БИИТ‑9) содержит электрометрический усилитель постоянного тока с выносным электрометрическим каскадом, стрелочный, акустический и световой индикаторы, схемы питания усилителя, акустического и светового индикаторов и схему компенсации фоновых сигналов. Вход электрометрического каскада подсоединен к коллектору ионов масс-спектрометрической камеры через вакуумно‑плотный ввод. Коэффициент усиления по току усилителя с электрометрическим каскадом при разомкнутой обратной связи порядка 5 000. Усилитель постоянного тока охвачен 100% отрицательной обратной связью. С выхода усилителя сигнал снимается на стрелочный прибор, имеющий ряд добавочных сопротивлений. Шкала стрелочного прибора проградуирована в единицах напряжения и имеет пределы измерения в соответствии с положением переключателя «ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ» 0,1; 0,3; 1; 3; 10 и 30 В.
Для компенсации фоновых сигналов течеискателя в цепь обратной связи усилителя вводится в обратной фазе, по сравнению со снимаемым сигналом, регулируемое напряжение компенсации. Для обеспечения плавной регулировки напряжения компенсации весь диапазон разбит на два поддиапазона: от 0 до 6 В и от 0 до 30 В, которые устанавливаются переключателем «КОМПЕНСАЦИЯ ГРУБО». Плавная регулировка напряжения компенсации осуществляется потенциометром «КОМПЕНСАЦИЯ ПЛАВНО».
Сигнал с выхода усилителя постоянного тока через делитель поступает также на акустический индикатор И‑3. Порог срабатывания индикатора И‑3 устанавливается потенциометром «ЧАСТОТА». Регулировка громкости акустического индикатора производится потенциометром «ГРОМ-КОСТЬ». При увеличении выходного сигнала усилителя в случае обнаружения течи в индикаторе И‑3 формируется пакет напряжения звуковой частоты, который подводится к громкоговорителю, и напряжение, подаваемое на разъем «ИНДИКАТОР». К разъему «ИНДИКАТОР» подключается световой индикатор. Вместо светового индикатора к течеискателю может быть подключен электронный потенциометр.
7. Блок питания камеры
Блок питания камеры (БПК‑9) содержит источник питания катода ионного источника со схемами стабилизации тока эмиссии и ограничения пускового тока, а также источники ускоряющего, супрессорного и ионизирующего напряжений. Для обеспечения длительной работы катода ионного источника в блоке питания предусмотрено ограничение пускового тока накала катода, чтобы в период включения (до 15 с) он не превышал рабочий ток более, чем на 10–15%. Для снижения чувствительности течеискателя при индикации грубых течей предусмотрена возможность ступенчатого изменения тока эмиссии: 5; 0,5 и 0,1 мА. Установка нужной величины тока эмиссии и выключение накала катода ионного источника осуществляется переключателем «ТОК ЭМИССИИ». Регулировка тока эмиссии в небольших пределах осуществляется потенциометром. Регулировка ускоряющего и супрессорного напряжений осуществляется соответствующими потенциометрами, выведенными под шлиц. Стрелочный прибор в соответствии с положением переключателя измеряет ток эмиссии, ускоряющее или супрессорное напряжение.
ПОРЯДОК РАБОТЫ
I. Исходное положение органов управления
перед включением течеискателя
II. Форвакуумная откачка течеискателя
На входном фланце должна быть установлена заглушка.
1. Переключатель сети установить в положение «ВКЛ». При этом должны начать работать механический насос и вентилятор паромасляного насоса, а также должны загореться индикаторы включения сетевого напряжения на лицевых панелях блока измерения ионного тока, блока питания камеры масс-анализатора и блока измерения давления.
2. Установить ток нагревателя преобразователя ПТ‑4М:
— нажать кнопку «ТОК НАГРЕВАТЕЛЯ ПТ‑4М»;
— потенциометром «ТОК НАГРЕВАТЕЛЯ ПТ‑4М» установить по нижней шкале стрелочного прибора блока измерения давления ток, указанный на корпусе ПТ‑4М (130 мА);
— кнопку отпустить.
3. Откачать объем до давления 3–5.10-2 торр (по верхней шкале стрелочного прибора блока измерения давления).
4. Нажать и отпустить кнопку клапана «ОТКАЧКА ПАРОМАСЛЯНОГО НАСОСА» на панели управления, при этом должен загореться индикатор «ПАРОМАСЛЯНЫЙ НАСОС‑ОТКАЧКА». Откачать объем паромасляного насоса до давления 3–5.10-2 торр.
5. Открывая последовательно клапаны «ДРОССЕЛИРО-ВАНИЕ ОТКАЧКИ», «ОТКАЧКА КАМЕРЫ», «ВХОДНОЙ КЛАПАН» и «ГЕЛИЕВАЯ ТЕЧЬ», откачать вакуумную систему течеискателя до давления 3–5 10-2 торр.
6. Закрыть клапаны «ОТКАЧКА КАМЕРЫ», «ДРОССЕ-ЛИРОВАНИЕ ОТКАЧКИ» и «ГЕЛИЕВАЯ ТЕЧЬ».
Клапан «БАЙПАСНАЯ ОТКАЧКА КАМЕРЫ» открывается только после вскрытия камеры в работающем течеискателе. В процессе работы течеискателя он всегда закрыт.
III. Высоковакуумная откачка
1. Тумблер «ПАРОМАСЛЯНЫЙ НАСОС» установить в верхнее положение, при этом должен загореться индикатор «ПАРОМАСЛЯНЫЙ НАСОС».
2. Через 30–40 минут открыть клапан «ДРОССЕЛИРО-ВАНИЕ ОТКАЧКИ». Тумблер «ФОРВАКУУМ–ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» установить в положение «ВЫСОКИЙ ВАКУ-УМ». Откачать объем до давления 1–3.10-5 торр, соответствующего 5–20 делениям средней шкалы стрелочного прибора блока измерения давления.
3. Открыть клапаны «ВХОДНОЙ КЛАПАН» и «ГЕЛИЕ-ВАЯ ТЕЧЬ». Откачать гелиевую течь до давления, соответствующего 5–20 делениям средней шкалы БИД‑10. Закрыть клапан «ГЕЛИЕВАЯ ТЕЧЬ».
4. Залить в азотную ловушку жидкий азот.
5. Открыть клапан «ОТКАЧКА КАМЕРЫ». Откачать камеру до давления, соответствующего 5-ти делениям (не больше) средней шкалы стрелочного прибора блока измерения давления.
IV. Регулировка течеискателя
V. Определение минимального регистрируемого
потока гелия и цены деления выходного прибора
VI. Порядок работы при регулярной
эксплуатации течеискателя
1. Исходное положение.
Входной фланец течеискателя соединен с испытуемым объектом или присоединен щуп. Испытуемый объект и все коммуникации предварительно откачаны. В системе течеискателя вакуум за исключением механического насоса. Все клапаны закрыты.
2. Переключатель сети установить в положение «ВКЛ». Откачать объем механического насоса до давления
3–5×10‑2 Торр (тумблер «ФОРВАКУУМ–ВЫСОКИЙ ВАКУ-УМ» — в положении «ФОРВАКУУМ»).
3. Нажать кнопку «ПАРОМАСЛЯНЫЙ НАСОС–ОТ-КАЧКА». Подать напряжение на нагреватель паромасляного насоса — тумблер «НАГРЕВАТЕЛЬ» установить в верхнее положение.
4. Через 30–40 мин. открыть клапан «ДРОССЕЛИ-РОВАНИЕ ОТКАЧКИ». Тумблер «ФОРВАКУУМ–ВЫСО-КИЙ ВАКУУМ» установить в положение «ВЫСОКИЙ ВА-КУУМ». Откачать объем азотной ловушки до давления, соответствующего 5–15 делениям средней шкалы прибора БИД‑10. Залить в азотную ловушку жидкий азот.
5. Проверить нуль усилителя блока измерения ионного тока на всех шкалах (от «30 V» до «0,1 V»). Переключатель «ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ» вернуть в положение «30 V».
6. Окрыть клапан «ОТКАЧКА КАМЕРЫ». Откачать камеру до давления, соответствующего 3–5 делениям средней шкалы выходного блока измерения давления.
7. Нажать кнопку «ДЕБЛОКИРОВКА». Подать накал на катод ионного источника — переключатель «ИЗМЕРЕНИЕ» блока питания камеры установить в положение «ТОК ЭМИССИИ», переключатель «ТОК ЭМИССИИ» — в положение «5 мА».
8. Плавно открывая входной клапан, соединить вакуумную систему течеискателя с испытуемым объектом. Постепенно открывать входной клапан до установления давления, соответствующего 40–70 делениям средней шкалы выходного прибора блока измерения давления. Приступить к отысканию течей, подавая на испытуемый объект гелий или смесь, содержащую гелий.
Если не обеспечена нужная чувствительность, увеличить её, прикрывая клапан «ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ОТКАЧКИ». При выборе метода работы учитывать увеличение постоянной времени изменения «пика гелия» с дросселированием.
9. Оценить величину натекания, руководствуясь п. IX.
VII. Методические рекомендации
Течеискатель обеспечивает контроль герметичности различных объемов и систем любыми методами с применением гелия в качестве пробного газа. При работе в условиях небольшой газовой нагрузки на течеискатель предусмотрено увеличение чувствительности дросселированием откачки.
При регистрации больших течей в течеискателе предусмотрена ступенчатая регулировка тока эмиссии ионного источника 5, 0,5 и 0,1 мА, а также возможность подключения внешнего манометрического преобразователя.
Чувствительность течеискателя не идентична чувствительности испытаний. Чувствительность испытаний определяется чувствительностью применяемого течеискателя, методом испытаний, схемой испытаний, длительностью и условиями подачи гелия на течь.
Основными методами испытаний являются: метод обдува и гелиевых чехлов, метод гелиевой камеры, метод барокамеры, метод накопления, метод щупа.
Независимо от размеров испытуемых объектов и соединительных коммуникаций, не допускается откачивать их от атмосферного давления насосами течеискателя.
Наибольшая чувствительность достигается в условиях, когда весь газовый поток линии, к которой подсоединен течеискатель, прокачивается через течеискатель. Поэтому испытания объектов, поток газовыделения и натекания которых не превышает максимальный рабочий поток течеискателя, производится при отключенных средствах вспомогательной откачки и прокачке всего газового потока проверяемого объекта через течеискатель. Для течеискателя ПТИ-10 максимальный рабочий поток Qmax
2×10-3 л торр/c.
Для длительного сохранения чувствительности тече-
искателя при возможном поступлении загрязнений из проверяемого объекта рекомендуется на его входе установить ловушку, охлаждаемую жидким азотом.
Если объектом испытаний служит вакуумная система, течеискатель целесообразно присоединить к месту входа в механический насос с тем, чтобы обеспечить обнаружение течей во всех участках системы с наибольшей чувствительностью и оперативностью. Препятствовать работе может большой уровень фона, определяемый загрязнением форвакуумной части испытуемой системы.
Для испытаний объектов без собственных средств откачки могут быть рекомендованы вакуумные схемы, представленные на рис. 5.
Рис. 5. Вакуумные схемы, применяемые при течеискании
Испытаниям по схеме рис. 5а, как правило, подвергаются объекты небольшого объема с малым газовыделением. При испытании объектов, суммарный газовый поток которых не превышает максимального рабочего потока течеискателя, вспомогательный механический насос целесообразно изолировать сразу после получения в объекте и соединительных коммуникациях предварительного разрежения и проводить испытания при полностью открытом входном дросселирующем клапане.
Схема, представленная на рис. 5б, позволяет, как правило, обеспечить наиболее высокую чувствительность и оперативность испытаний при изменении в широких пределах объема и газоотделения проверяемых объектов, длительности поступления гелия через течь. Эта схема обеспечивает максимальный отбор газа в течеискатель, малую постоянную времени и наибольшую реальную чувствительность поиска течей.
VIII. Проведение вакуумных испытаний
на герметичность
1. Течеискатель включен, откачан, соединен с испытуемым объектом по одной из схем, представленных на рис. 5, и подготовлен к работе в соответствии с вышеизложенным. Манометрический преобразователь внешней вакуумной системы кабелем подключен к разъему «ПТ-4М», находящемуся на заднем щитке течеискателя.
2. Откачать объект и все соединительные коммуникации вспомогательным механическим насосом. Тумблер «ФОРВА-КУУМ–ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» установить в положение «ФОРВАКУУМ». Переключатель «ПТ-4М» — в положение «ВНЕШ.». За давлением следить по верхней шкале стрелочного прибора блока измерения давления.
3. При достижении в системе давления ниже 10-1 торр тумблер «ФОРВАКУУМ–ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» установить в положение «ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» и, открывая дросселирующий входной клапан течеискателя, установить рабочее давление в течеискателе (50–70 делений по средней шкале стрелочного прибора блока измерения давления).
Полному вскрытию дросселирующего входного клапана, необходимому для получения максимальной чувствительности, может препятствовать низкий предельный вакуум вспомогательного механического насоса (рис. 5а). В этом случае закрыть клапан вспомогательного механического насоса. Если при этом не будет происходить ухудшение давления в присоединительных коммуникациях и течеискателе, полностью открыть входной дросселирующий клапан течеискателя. Если после кратковременного ухудшения давления оно не возвращается к рабочему режиму (60–70 дел.), вернуться к схеме работы со вспомогательным механическим насосом.
При работе по схеме рис. 5б, если в системе после откачки механическим насосом удается получить давление меньше, чем предельное выпускное давление вспомогательного паромасляного насоса, следует включить паромасляный насос, откачать систему, после чего установить в течеискателе рабочее давление 60–70 делений по средней шкале стрелочного прибора блока измерения давления.
4. Включить накал катода ионного источника. В зависимости от требуемой чувствительности переключатель «ТОК ЭМИССИИ» на панели блока питания камеры установить в положение «5 мА», «0,5 мА» или «0,1 мА». Ток эмиссии устанавливается через 10–15 с после включения накала катода ионного источника.
5. Приступить к поиску течей. При поиске места течей объект необходимо обдуть гелием. Для определения суммарного натекания или выделения негерметичных участков объекта применяются камеры или чехлы, заполненные гелием.
IX. Оценка величины регистрируемого натекания
Величина натекания оценивается по формуле:
Q = SQ (aГ – aФ),
где SQ — цена деления наиболее чувствительной шкалы выходного прибора блока измерения ионного тока (л торр/cм В); aГ — сигнал по стрелочному прибору блока измерения ионного тока, обусловленный натеканием гелия из испытуемого объекта (мВ); aФ — фоновый сигнал течеискателя по стрелочному прибору блока измерения ионного тока (мВ).
При работе не с чистым гелием, а со смесью газов, содержащей гелий, необходимо учитывать концентрацию гелия в смеси газов (g):
Q = SQ (aГ – aФ)/g.
Таким образом, чувствительность испытаний не идентична чувствительности течеискателя. Для оценки величины натекания испытуемых объектов необходимо определить цену деления выходного прибора блока измерения ионного тока в конкретных условиях проведения испытаний. Цена деления SQ определяется по формуле
SQ = QТ/(aТ – aФ),
где QТ – паспортная величина потока гелиевой течи, установленной в течеискателе (указана на шильдике течи «Гелит-I»), (л торр/c); aТ – отсчет по стрелочному прибору блока измерения ионного тока от гелиевой течи (мВ); aФ – фоновый отсчет течеискателя по стрелочному прибору блока измерения ионного тока (мВ).
X. Контроль герметичности объектов с помощью щупа
Для контроля герметичности объемов, заполненных изнутри гелием или смесью газов, содержащих гелий, течеискатель комплектуется специальным щупом. Методика работы сводится к обследованию щупом наружной поверхности испытуемого объема. На рис. 6 приведена схема испытаний по методу щупа.
Рис. 6. Схема испытаний по методу щупа
1. Щуп подсоединяется к входному фланцу течеискателя с помощью гибкой трубки через тройник. К тройнику присоединяются внешний механический насос и манометрический преобразователь ПТ-4М. Кабель от внешнего преобразователя ПТ-4М подсоединить к разъему «ПТ-4М» течеискателя.
2. При полностью перекрытом щупе включить механический насос. Отрегулировать щуп таким образом, чтобы давление по внешнему преобразователю ПТ-4М составляло
0,1 Торр. Отрегулировать напуск газа в течеискатель входным дросселирующим клапаном до давления, соответствующего 60-70 делениям средней шкалы стрелочного прибора блока измерения давления. Методика работы сводится к обследованию щупом наружной поверхности испытуемого объекта, заполненного гелием или смесью газов, содержащей гелий.
3. Для увеличения чувствительности испытаний при работе со щупом, может оказаться полезным снижение быстроты откачки камеры, осуществляемое клапаном «ДРОССЕЛИ-РОВАНИЕ ОТКАЧКИ».
4. Для оценки чувствительности при работе со щупом к течеискателю дополнительно прилагается диффузионная гелиевая течь «Гелит-I» с насадкой. Течь с насадкой до оценки чувствительности должна быть выдержана не менее 24-х часов.
Примечание. Вместо щупа с соединительным трубопроводом может быть применен капилярный зонд с диаметром внутреннего канала 0,1–0,3 мм. Зонд выполняется из материала, не сорбирующего гелий и обеспечивающего чистоту внутренней поверхности, например, из фторопласта. Длина зонда выбирается в зависимости от условий работы и диаметра внутреннего канала так, чтобы давление по внешнему преобразователю ПТ-4М составляло 0,1 торр.
5. Оценка общей герметичности испытуемого объекта или выделение негерметичных участков может производиться с помощью внешних чехлов, уплотняемых на поверхности. Изменение концентрации гелия в объеме чехла оценивается с помощью щупа. Повышение чувствительности таких испытаний обеспечивается увеличением длительности накопления гелия в чехле.
XI. Методика работы с акустическим
и световым индикаторами
Исходя из условий работы и характера испытуемых изделий, в качестве индикатора течи помимо стрелочного прибора блока измерения ионного тока может быть выбран акустический индикатор. Акустический индикатор встроен в блок измерения ионного тока. Он имеет выходную мощность до 1 Вт с регулировкой уровня срабатывания.
К разъему течеискателя «ИНДИКАТОР» может быть подключен световой индикатор (неоновая лампа) или автоматический потенциометр.
Методика работы с акустическим и световым индикатором заключается в следующем.
1. К разъему «ИНДИКАТОР» подключить кабель светового индикатора.
2. Ручкой «ГРОМКОСТЬ» установить требуемую громкость акустического индикатора.
3. Потенциометром «ЧАСТОТА» установить срыв колебаний акустического и светового индикаторов (звука нет, лампа не зажигается) при данном значении фонового сигнала. При работе с компенсацией срыв колебаний устанавливается при нулевом значении сигнала на любой шкале стрелочного прибора блока измерения ионного тока, кроме «0,1 V».
4. Возникновение сигналов акустического (появление звука) и светового (неоновая лампа мигает) свидетельствует об увеличении показаний стрелочного прибора блока измерения ионного тока (течь).
В некоторых случаях для уверенности в работе акустического и светового индикаторов удобнее устанавливать колебания не на срыв, а на минимальную частоту. В этом случае об обнаружении течи сигнализирует увеличение частоты колебаний акустического и светового индикаторов.
XII. Порядок выключения течеискателя
1. Закрыть клапаны «ГЕЛИЕВАЯ ТЕЧЬ» и «ВХОДНОЙ КЛАПАН».
2. Переключатель «ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ» установить в положение «30 V».
3. Переключатель «ТОК ЭМИССИИ» установить в положение «КАТОД ВЫКЛЮЧЕН».
4. Закрыть клапан «ОТКАЧКА КАМЕРЫ».
5. Сжатым воздухом удалить жидкий азот из азотной ловушки.
6. Закрыть клапан «ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ОТКАЧКИ» и выключить накал нагревателя паромасляного насоса — тумблер «ПАРОМАСЛЯНЫЙ НАСОС–НАГРЕВАТЕЛЬ» установить в нижнее положение.
7. Через 30 минут (после охлаждения паромасляного насоса) выключить течеискатель, установив переключатель сети в положение «ВЫКЛ.», при этом автоматически закрывается клапан «ОТКАЧКА ПАРОМАСЛЯНОГО НАСОСА», а затем открывается электромагнитный клапан напуска атмосферного воздуха в механический насос.
Целью работы является изучение устройства и принципа работы гелиевого течеискателя «ПТИ-10» и приобретение практических навыков работы на установке.
В процессе работы необходимо провести регулировку течеискателя и определить минимальный регистрируемый поток гелия и цену деления выходного прибора.
Курс обучения «Основы течеискания и вакуумной техники» 12–14 октября 2021 года

Программа является подготовительным курсом к аттестации персонала в области контроля герметичности по требованиям РОСТЕХНАДЗОР (СДАНК-01-2020, СДАНК-02-2020) и РОСАТОМ ГОСТ Р 50.05.01-2018, ГОСТ Р 50.05.11-2018.
По результатам обучения сотрудник получает удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Курс проводится согласно лицензии на образовательную деятельность №1103.
Проводимый экзаменационный контроль может быть учтен аттестационным центром для выдачи удостоверения на право подготовки заключений о контроле герметичности. Курс на практике подготовит к квалифицированной эксплуатации и обслуживанию современного вакуумного оборудования.
Занятия будут проходить в очной форме в отеле «Новый Петергоф», Санкт-Петербург, Петергоф, Санкт-Петербургский проспект, 34. Для слушателей семинара действуют специальные цены на бронирование номеров. Мест в группе – 15. Необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 989-04-49 доб.2, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Актуальная информация в телеграм ВАКТРОН.



















