Испытания на герметичность воздухом. Методы испытания на герметичность

Гидравлические испытания.

Методы проверки герметичности систем, деталей и узлов

Методы проверки герметичности систем, деталей и узлов могут быть разбиты на пять основных способов — проникновением активной жидкости, гидравлические, пневматические, пневмо-гидравлические испытания и испытания разрежением (вакуумом).

  • Свидетельство Фуги.
  • Испытание на изменение давления.
  • Тестирование пузырей.
  • Тестирование с помощью масс-спектрометра.
Тестирование на утечку является типом неразрушающего контроля, используемого в системах или компонентах, работающих под давлением или в вакууме, для обнаружения, отслеживания и измерения жидкости, протекающей через них. Утечки - это отверстия, которые могут возникать в виде трещин, трещин, трещин и т.д. Где жидкость может попасть в ловушку или ускользнуть.

Обнаружение утечек имеет большое значение, поскольку утечка может повлиять на безопасность или производительность различных компонентов и значительно снизить их надежность. Как правило, выполняются тесты обнаружения утечки. Для обнаружения ненадежных компонентов или тех, где объем утечки превышает стандарты приема.

  • Во избежание утечки материалов, которые могут мешать работе системы.
  • Предотвращать пожар, взрывы и загрязнение окружающей среды или ущерб человеку.
Цель этих испытаний - обеспечить надежность и обслуживание компонентов и предотвратить преждевременный отказ в системах, содержащих жидкости под давлением или пустые жидкости.

Способ проникновения активной жидкости при контроле герметичности наиболее прост, так как не требует приспособлений, насосав для создания давления. Применяется он при контроле сварочных швов, притирке клапанов, отливок и др. При контроле проверяемый шов покрывается водным раствором мела. С обратной стороны шов омачивают обычно керосином, являющимся в данном случае активной жидкостью. При наличии дефектов в шве на белом фоне появляются темные пятна проникшего керосина, указывающие на места их расположения. При проверке качества притирки клапанов керосин наливается сверху клапана, вставленного в гнездо. В случае, если керосин через клапан не просачивается, то это свидетельствует об удовлетворительном качестве притирки.

Компоненты или системы, которые обычно проверяются на утечку. Герметично закрытые контейнеры и компоненты: Чтобы предотвратить загрязнение или внутреннее сохранение содержащихся в нем жидкостей. Например: электронные устройства, интегральные схемы, двигатели и герметичные контакты. Например: гидравлические и охлаждающие системы; в нефтехимической промышленности: клапаны, трубы и контейнеры. Вакуумные контейнеры и компоненты: для обеспечения быстрого износа вакуумной системы с течением времени. Например: электронно-лучевые трубки, изделия из вакуумной упаковки и компенсационные швы. Вакуумные генераторные системы: для обеспечения минимизации утечек и повышения производительности. Герметические системы: предотвращать потерю содержащихся жидкостей. . Ультразвук: Этот тест обычно применяется при обнаружении утечек газа в линиях высокого давления, как показано на рисунке.

Наиболее часто применяются гидравлические испытания, которые заключается в том, что сосуд (внутренняя полость детали, система трубопроводов (подвергается изнутри гидравлическому давлению жидкости. Обычно гидравлические испытания производятся с помощью насосов. В зависимости от испытательного давления используются насосы и арматура низкого или высокого давления.

Они часто используются в приборах под давлением, технологических трубопроводах и контейнерах. Это скорее качественный, чем количественный тест, поскольку трудно определить объем утечки. Для проникающих чернил: Состоит из распыляемых чернил в зонах высокого давления, где требуется утечка, как показано на рисунке. Если есть утечка, дифференциальное давление системы будет фильтровать чернила на стороне низкого давления испытуемого образца.

Осмотр с помощью проникающих красителей. Измерение давления. Этот тип теста используется для определения наличия приемлемых потоков утечки, определения наличия опасных условий и обнаружения неисправных компонентов и оборудования. Относительно точная индикация утечки может быть получена, зная объем и давление системы и изменение давления относительно времени, которое вызывает утечка.

Процесс испытания состоит в создании во внутренней полости детали или узла гидравлического давления, превышающего обычное рабочее давление на 25—75%. Перед началам испытания выпускают воздух из внутренней полости через специально предусмотренные для этого отверстия. Отверстия, имеющиеся на деталях, должны быть заглушены. Для заглушки отверстий применяются пробки (деревянные, резиновые), крышки или специальные приспособления. Чаще всего при испытаниях наполнительной жидкостью является вода. Применяются и другие жидкости: керосин, эмульсии, трансформаторное масло и др.

Некоторые преимущества этого метода заключаются в том, что можно измерить общий поток утечки независимо от размера системы и что нет необходимости использовать жидкости-индикаторы. Обнаружение галогенов: этот тип теста более чувствителен, чем предыдущие. Два ограничения этого теста заключаются в том, что требуются специальные газы-следы и использование высокотемпературных нагревателей, что неудобно в опасных условиях.

Спектрометр гелия: метод обнаружения утечек, как промышленных, так и лабораторных, считается более универсальным. Он имеет те же ограничения, что и испытание на детектирование галогенов, поскольку в качестве следового газа требуется гелий, а трубка спектрометра поддерживается при высокой температуре путем нагрева нитей. Однако гелий является полностью инертным и менее дорогостоящим, чем галогенные газы.

Результат испытания считается удовлетворительным, если не наблюдается появление жидкости в виде отдельных капель или потения поверхностей деталей и мест соединений, а также если в течение 3—5 мин. не будет зафиксировано по манометру падение давления в системе, отключенной от насоса.

При обнаружении течи производится устранение ее путем уплотнения соединений, вырубкой и заваркой дефектных мест на деталях, если техническими условиями чертежа разрешается такое исправление, или происходит забракование узла. После устранения дефектов проводится повторное испытание.

Потеря потока или обнаружение трассирующего газа на неожиданных участках свидетельствует об утечке. Этот метод имеет такую ​​же чувствительность, как и тест гелиевого спектрометра, хотя он дороже и необходимо установить адекватные меры безопасности из-за излучения. Это применение давления или линии трубопроводов из эксплуатации, чтобы проверить герметичность поставляемых принадлежностей и сварку, используя в качестве основного элемента воду или ее дефект - некоррозионную жидкость или сжатый воздух.

Все новое оборудование должно подвергаться испытанию под давлением либо гидростатическим, либо пневматическим. Характеристики гидростатического испытания. Гидростатическое испытание является неразрушающим испытанием, при котором проверяется физическая целостность трубы или системы, где вода закачивается при давлении выше рабочего давления и поддерживается при этом давлении в течение установленного времени, которое ранее изменяется в зависимости от длины проверяемого участка. Гидростатический тест также применяется при замене или ремонте существующих линий, что позволяет нам.

Если испытуемый сосуд (корпус редуктора, картер и др.) работает лишь под давлением уровня налитого масла, то и испытание таких сосудов на герметичность состоит в наполнении их водой до требуемого уровня. Появление отдельных капель, струй воды указывает на наличие дефектов и места их расположения.

Заслуживают внимания гидравлические испытания с применением ручных масляных насосов высокого давления (фиг. 233). Насос обеспечивает подачу масла под давлением 1500—2000 атм. Перед испытанием в полость детали заливается масло. Затем присоединяется насос для создания необходимого давления. Дозаливка масла в канал корпуса насоса 1 производится при вынутом плунжере 2. Испытание с применением подобных насосов не связано с определенным местом, что необходимо при использовании механических стационарных приводных насосов высокого давления. Изготовление ручных насосов не вызывает особых затруднений. Вес насоса до 3 кг.

Определите качество выполнения работ по производству или ремонту линии или оборудования.

  • Проверьте условия работы, чтобы обеспечить безопасность людей и объектов.
  • Обнаружение утечек.
  • Проверьте механическую прочность.
  • Проверьте герметичность аксессуаров.
Давление, используемое в испытании на гидростатическое давление, всегда значительно выше рабочего давления, чтобы обеспечить клиенту запас прочности. Как правило, испытание выполняется при 150% от расчетного или рабочего давления.

Вода является наиболее часто используемой тестовой средой, потому что она дешевле масла и легче играть, чем воздух, поэтому стоимость тестирования меньше. Характеристики пневматических испытаний. Пневматическое испытание - это процедура, которая использует давление воздуха для проверки труб утечки. Этот метод не только служит для выявления утечек, но также для очистки и сушки системы трубопроводов, что позволяет конвейеру быть готовым в конце испытания. Пневматический тест используется, когда другие методы невозможны; например, в случае замораживания теста с водой невозможно.

Фиг. 233. Ручной насос высокого давления, применяемый для гидравлических испытаний.

Особый интерес представляет применение при гидравлических испытаниях деталей и систем, работающих под высоким давлением, пневмогидравлического насоса сверхвысокого давления конструкции В. С. Еременко — мастера Ново-Краматорского машиностроительного завода. Насос может создавать давление до 2050 ат. Насосы такого типа успешно применяются не только для производства гидравлических испытаний, но и для запрессовки и распрессовки соединений.

В этом тесте давление, создаваемое элементом для оценки воздухом, используется при погружении в воду, чтобы увидеть, где появляются пузырьки воздуха, и указать место утечки. Если это невозможно, то будет выполняться нагнетание воздуха, охватывающее зону испытания мыльным раствором, и, таким образом, проверьте, образуют ли пузырьки, что указывает на утечку.

Это экспериментальная методика, позволяющая измерять ионы, полученные из молекул. Масс-спектрометр - это инструмент, который позволяет с большой точностью анализировать состав различных химических элементов и атомных изотопов, разделяющих атомные ядра в соответствии с их отношением массы к нагрузке. Его можно использовать для идентификации различных химических элементов, которые образуют соединение, или для определения изотопного содержания различных элементов в одном и том же соединении.





Фиг. 234. Гидравлические испытания :

а — рабочего цилиндра пресса под действующим прессом большой мощности; б— двух поршней диаметром 6000 мм.

На фиг. 234, а показан пример испытания цилиндра пресса мощностью 7000 г под прессом большой мощности. Испытание по такой схеме не требует какой-либо специальной оснастки (заглушек, болтов, трубопроводов). Процесс испытания заключается в следующем: цилиндр 2 устанавливается на мерные подставки 1 на столе пресса 10 и заполняется водой. После этого вставляется плунжер 3, и производится уплотнение его набивкой 6 через сальник 5. Контроль давления в цилиндре обеспечивается манометром 7, соединенным трубкой 8 с заглушкой 9 цилиндра. Давление в цилиндре создается при опускании бойка 4 пресса. Время испытания 3—5 мин.

В отрасли он широко используется в элементарном анализе полупроводников, биосенсоров и сложных полимерных цепей. Наркотики, фармацевтические препараты, продукты химического синтеза, пестициды, пестициды, судебно-медицинский анализ, загрязнение окружающей среды, парфюмерию и все виды аналитов, которые чувствительны к паровой фазе и ионизируют без разложения.

Тестирование на утечку является наиболее эффективным и наименее дорогостоящим методом, позволяющим обнаруживать любые опасные отверстия внутри гибкого эндоскопа, что может привести к чрезвычайно дорогостоящей инвазии и ремонту жидкости. Эндоскопы - это сложные устройства, которые сочетают сложную электронику, механические компоненты, оптоволоконное освещение, объективы микрооптики и видеоэлементы в одном комплекте оборудования. Ни один из этих компонентов не реагирует хорошо на жидкости.

Интересным примером может служить гидравлическое испытание двух поршней диаметром 6000 мм давлением 40 ат. Если ранее каждый поршень испытывался отдельно, для чего требовалась плита размером 6000 X 6000 мм, толщиной 200 мм и несколько десятков болтов для стягивания, то в настоящее время этот процесс усовершенствован. Одновременно испытываются два поршня (фиг. 234, б), стянутые болтом 1, гайкой 2 с резиновыми прокладками 7. По периферии поршни уплотняются кольцом 6 и уплотнением 5, закрепляемым планками 4 и болтами 3. Подача воды под давлением 40 атм в пространстве между поршнями осуществляется через отверстие в кольце 6.

В результате тестирование на герметичность эндоскопа является важной частью надлежащей очистки и дезинфекции эндоскопа, но часто делается неправильно или вообще не выполняется. Имеются ручные и автоматические тестеры утечки. Независимо от типа, который вы используете, вы должны это сделать.

Одним из наиболее значительных изменений в гибких эндоскопах было внедрение полностью погружных эндоскопов в середине 1990-х годов. Эти инструменты могут быть тщательно пропитаны в дезинфицирующих растворах достаточно долго, чтобы классифицироваться как «дезинфекция высокого уровня». Эти водостойкие эндоскопы также могут быть подвергнуты испытанию под давлением для утечки, поскольку они герметичны, а основные компоненты внутри эндоскопа полые, чтобы дать место для движения к нежным внутренним компонентам.

Усовершенствование процесса позволило уменьшить вес оснастки на 20 т и сократить время на подготовку к испытанию.

Распространенным методом контроля газопроводов, масляных и топливных баков, камер сгорания и 7. п. на герметичность являются пневматические испытания. Негерметичность может быть установлена: а) по падению давления воздуха в системе, подвергающейся испытанию; б) по появлению воздушных пузырьков при погружении узла в воду; в) по появлению мыльных пузырьков на поверхности детали при подаче давления воздуха во внутреннюю полость ее. На фиг. 235 дана схема испытания сосудов на герметичность пневмогидравлическим методом. Испытание производится с применением специальной установки.

Однако эта пустота также означает, что жидкость, попадающая в область, будет проходить через весь эндоскоп. Например, жидкость, попадающая в контрольный орган, может нанести вред многим другим частям эндоскопа. Вторжение жидкости может происходить в любое время, когда гибкая область погружается в жидкость.

Ниже приведены общие точки нашествия жидкости для гибкого водонепроницаемого эндоскопа: секция изгиба и гибки; Вставка и универсальные трубы; Орган контроля; Электронное гнездо и заглушка. Любая жидкость, попадающая во внутренние полости эндоскопа, может нанести серьезный или даже непоправимый ущерб ее компонентам. Время и коррозионный характер жидкости определяют скорость, с которой прогрессирует ущерб. Высококислотные или очень щелочные растворы будут корродировать быстрее, чем вода, но любая жидкость наносит серьезный ущерб.

Она состоит из бака 1, крышки с трубой 2, четырехходового крана 7 с редукционным клапаном. Испытуемый сосуд помещается на крышку бака. Для уплотнения между фланцем сосуда и крышкой ставится прокладка 5. Сосуд крепится планками 3. При испытании сжатый воздух при открытом кране поступает по трубе 4 в бак, вытесняет из него воду, которая по трубе 2 перемещается в испытуемый сосуд. При заполнении сосуда водой кран 7 переводится в нейтральное положение и затем в положение для редуцирования сжатого воздуха. Испытание длится в течение 5 мин. при заданном давлении. По окончании испытания рукоятка крана переводится в положение, соответствующее соединению бака с атмосферой. При этом положении вода из сосуда стекает в бак; проверенный сосуд снимается, и на его место ставится новый.

Производители эндоскопов предоставили средства для проверки утечки эндоскопа. Так как утечка может произойти практически в любой точке ежедневного жизненного цикла эндоскопа, этот проактивный подход к тестированию на утечку следует выполнять после каждой процедуры и перед погружением эндоскопа в жидкость, что позволяет избежать дорогостоящих операций по вторжению. жидкостей. Самое главное, что он обеспечивает целостность эндоскопа, тем самым устраняя возможные неблагоприятные результаты для пациентов, такие как перекрестное загрязнение химических или белковых материалов предшествующего уровня техники.



Фиг. 235.

Малые затраты труда, незначительный расход воды и воздуха характерны для испытания сосудов пневмогидравлическим методом по данной схеме.

Заслуживает особого внимания испытание сварных и клепаных сосудов методом вакуума (разрежение). При этом испытании сварочный или заклепочный шов смачивается мыльной водой, и на испытуемый участок накладывается колпак передвижной вакуумной установки. Включив вакуумный насос, производят разрежение под колпаком. Если шов не герметичный, то на нем появятся мыльные пузырьки, которые хорошо видны через стекло колпака. Дефектные места после снятия колпака отмечаются и после вырубки завариваются вторично.

Вакуумный метод испытания на герметичность, кроме своей простоты, позволяет производить проверку в любых условиях. Этот метод не требует полной сборки сосуда, исключает необходимость заполнения его водой, что при крупных размерах сосудов связано с рядом дополнительных работ.

Методы течеискания весьма разнообразны и существенно различаются по чувствительности, избирательной реакции на пробное вещество, принципам обнаружения утечки этого вещества, по виду используемых при реализации метода пробных веществ и т.д.

Классификация методов. Методы контроля герметичности разделяются на три группы в зависимости от вида применяемых пробных веществ:

а) газовые, когда в качестве пробного вещества используется какой-либо газ (гелий, аргон, воздух и др.);

б) газо-гидравлические, когда в качестве пробного вещества используется газ (например, воздух), а жидкость играет роль вспомогательной среды при определении факта и места утечки газа;

в) гидравлические, когда в качестве пробного вещества используется жидкость (например, вода, масло).

В табл. 10.2 приводится краткая характеристика основных методов контроля герметичности.

Анализ табл. 10.2 показывает, что существует широкий спектр, используемых в практике методов контроля герметичности, позволяющих обеспечить контроль течей в, широком диапазоне. В то же время приведенная таблица является лишь ориентиром при выборе конкретного метода контроля. В дальнейшем достаточно подробно рассматриваются наиболее распространенные методы контроля герметичности изделий, их достоинства и недостатки. На рис. 10.1 для наглядности показаны области применения наиболее распространенных методов контроля по Диапазону контролируемых утечек пробного вещества. Пунктирные линии характеризуют пределы индикации потока только в определенных условиях, например при использовании дополнительных веществ и материалов, не характерных для использования в классической трактовке соответствующего метода.

Масс-спектрометрический метод. Впервые метод был использован в ядерной физике и электронике. Он находит широкое применение в практике промышленных испытаний. Это объясняется прежде всего его высокой чувствительностью при всех видах вакуумных и атмосферных испытаний. Широкому распространению метода во многом способствует серийный выпуск масс-спектрометрических течеискателей, длительный опыт их эксплуатации, широкая вариантность их использования, в том числе в режиме автоматизации. В отличие от других методов течеискания масс-спектрометрический метод позволяет оценить течь не только качественно, но и выполнить количественные измерения потока через нее с точностью до 10%.

Метод основан на создании повышенного парциального давления пробного газа с одной стороны поверхности ОК и отбора пробного вещества с другой стороны для масс-спектрометрического анализа на присутствие молекул пробного газа.

Таблица 10.2

Основные методы течеискания

Продолжение табл. 10.2



Рис10.1области применения основных методов контроля герметичности

Парциальное давление газа - давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем, равный объему смеси при той же температуре.

В процессе испытаний поток пробного газа, вытекающий через сквозной дефект, по пути, движения в масс-спектрометрическую камеру ионизируется потоком электронов, формируемых с помощью ионизатора. Этот процесс показан на рис. 10.2. Масс-спектрометр содержит следующие основные узлы: ионный источник, где молекулы пробного газа превращаются в ионы (с массой m , зарядоме ) и создается пучок ионов с постоянной энергией; анализатор, где ионный пучок разделяется на составляющие по значениюm /е ; коллектор, которым эти составляющие регистрируются и измеряются их пиковые значения. 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 Н 1 вдоль линий которого электроны распространяются по спирали. Две диафрагмы 3 и 4 формируют направленный пучок ионов и разгоняют его благодаря разности потенциаловU 0 . Ионы разгоняются до одинаковой энергии, которая определяется формулой


(10.4)

где V - скорость ионов. Из-за разности масс ионов эта скорость разная для ионов разных элементов. Далее ионы попадают в анализатор, который состоит из масс-спектрометрической камеры и системы коллекторов. В камере с помощью вакуумных насосов создается вакуум порядка 1,33 10 -3 Па. Перпендикулярно движению ионов создается магнитное поле Я. Под действием лоренцевой силыeVH ионы движутся по траекториям в виде окружностей радиуса R. Из второго закона НьютонаmV 2 /R = eVH подставляяV , находим радиус траектории

Таким образом, радиус траектории зависит от отношения m /е . В анализаторе ионы отклоняются на угол 180°. При этом возникает эффект фокусировки: ионы, выходящие из источника в виде пучка, расходящегося под некоторым углом, отклонившись на 180°, вновь собираются в полосу. Перед коллектором 6 (см. рис. 10.2) 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.


Рис. 10.2. Принцип работы масс-спектрометрического течеискателя

В качестве пробного газа при реализации масс-спектрометрического метода обычно используют гелий. Он обладает рядом достоинств. По величине m /е гелий очень сильно (на 25%) отличается от ближайших ионов других газов. Это допускает применение широкой щели в диафрагме 5. Малое значениеm /е для гелия способствует уменьшению радиуса траектории, а следовательно, размеров всего течеискателя. Гелий обладает малой молекулярной массой и, следовательно, хорошо проникает через малые течи. Гелия в воздухе содержится мало (10 -4 %), поэтому фоновые эффекты течеискателей основанных на масс-спектрометрическом методе, сравнительно невелики. Гелий стоит недорого, он химически инертен.

Масс-спектрометрические течеискатели состоят из узлов и систем, обеспечивающих процессы регистрации утечки пробного газа, преобразования и обработки информации.

Чувствительным элементом течеискателя служит, как правило, 180-градусный магнитный анализатор 3 (рис. 10.3), преобразующий утечку в электрический аналоговый сигнал, усиливаемый усилителем. В связи с тем, что процесс разделения ионов пробного вещества происходит при высоком вакууме, все масс-спектрометрические течеискатели имеют, вакуумную систему 4, состоящую из форвакуумного и высоковакуумного насосов, вакуумной коммуникации, клапанов и азотной ловушки.

Для управления электромагнитными клапанами, узлами вакуумной системы и другими элементами течеискатели снабжаются системой управления 1, регистратором вакуума и утечки 2. Течеискатели последних моделей имеют встроенные микропроцессорные блоки или микроЭВМ 5 для обработки информации течеискателя, оптимизации его работы и диагностики основных систем.

Рассмотрим принцип работы и конструкцию масс-спектрометрического течеискателя. Масс-спектрометрический течеискатель представялет собой высокочувствительный магнитный масс-спектрометр, настроенный на регистрацию пробного вещества. Он состоит из двух основных частей: вакуумной системы и электронного блока. Вакуумная система (рис. 10.4) включает масс-спектрометрическую камеру с постоянным магнитом, паромасляный насос 11, механический насос 1,калиброванную гелиевую течь 14, азотную ловушку 8, форвакуумный баллон 5,. вакуумный датчик 7, термопарный манометрический преобразователь 2, отсечные клапаны 4, 6, 10, 13, напускной клапан 3, клапан дросселирования откачки 9 и входной клапан 12.

Масс-спектрометрическая камера выполняет основные функции течеискателя. Она включает ионный источник и приемник ионов. Рабочее давление (0,7 10 -2 Па) в масс-спектрометрической камере обеспечивается откачной системой, состоящей из механического (например, НВР-0,5 Д) и паромасляного (например, Н-0,025-2) насосов. Механический (форвакуумный) насос обеспечивает вакуум в системе течеискателя 0,1...1 Па. Паромасляный насос увеличивает вакуум до 10 -4 ...10 -5 Па. Азотная ловушка способствует защите масс-спектрометрической камеры от замасливания и стабилизирует вакуум в ней. Для контроля чувствительности течеискателя служит калиброванная гелиевая течь типа «Гелит», обеспечивающая заданный поток газа за счет диффузии гелия через кварцевую мембрану. Новые гелиевые течи вместо кварцевой мембраны (рис. 10.5). Пробный газ заполняет капилляр 1 через открытие концы 2 полого петлеобразного волокна проходящего через перегородку 3, в корпусе 4, а затем диффундирует через стенки волокна, создавая поток, направляемый дальше в испытуемую полость. К достоинствам таких течей относится повышенная эксплуатационная надежность и более широкий круг пробных веществ, с которыми может работать такая течь.

Электронная часть течеискателя выполнена в виде панели управления 1 и отдельных блоков: измерения ионного тока 3 с выносным электрометрическим каскадом 2, измерения давления 4, питания вакуумных клапанов 5, питания камеры 6. Взаимосвязь перечисленных блоков между собой, масс-спектрометрической камерой 7 и вакуумной системой 8 показана на рис. 10.6.

Настройку течеискателя выполняют с помощью калиброванной течи. Прежде всего определяют амплитуду флуктуации фонового сигнала как разность между максимальным афтах и минимальным а ф max значениями фонового сигнала:


(10.6)

Затем определяют минимальный поток гелия по формуле


(10.7)

где J т - поток гелиевой течи (по маркировке на корпусе течи), м 3 Па/с;а т - сигнал от течиJ т, в делениях шкалы. Цену деления стрелочного прибора блока измерения ионного тока течеискателя находят из формулы


(10.8)

Поток натекания J г в м 3 Па/с при работе с чистым гелием оценивают по формуле


(10.9)

где а г - отсчет по стрелочному прибору, обусловленный натеканием гелия в испытуемый объем. Если вместо чистого гелия используют смесь гелия с воздухом, то в формулу (10.9) добавляют множитель 1/j , гдеj - концентрация гелия в смеси.

Общий вид одного из отечественных течеискателей представлен на рис. 10.7. Он имеет порог чувствительности к потоку пробного газа 7 10 -13 м 3 Па/с, обеспечивает полуавтоматический выход на режим высоковакуумной откачки анализатора после нажатия кнопки «Пуск» и полуавтоматическое выключение течеискателя после нажатия кнопки «Стоп», допускает непрерывную работу в течение суток при сохранении своих технических характеристик. Течеискатель снабжен различными системами, предохраняющими его от неблагоприятных ситуаций. При повышении давления в анализаторе до уровня, примерно 2 10 -2 ...3 10 -2 Па автоматически отключается накал катода ионного источника анализатора. При аварийном отключении напряжения сети питания автоматически обеспечивается закрытие клапана ПМН (откачка паромасляного насоса) и открытие клапана «Напуск» (напуск атмосферы). Течеискатель состоит из двух основных блоков: СВ-14 (система вакуумная) и УР-14 (устройство регистрирующее).

Устройство течеискателя показано на рис. 10.8.

Основной узел - масс-спектрометрический анализатор 6, на вход которого через клапаны 4 и 7 с электромагнитными приводами; азотную ловушку 2 и клапан с ручным приводом 3 подается поток пробного вещества. Коллектор ионов анализатора соединен со входом электрометрического усилителя 5, сигнал с которого подается на усилитель постоянного тока 21. Одновременно с помощью прибора 9 контролируется сигнал течеискателя. На выход этого усилителя включены стрелочный прибор, акустический и световой индикаторы. Дли контроля чувствительности течеискателя служит гелиевая течь 12. Рабочее давление в масс-спектрометрическом анализаторе обеспечивается откачной системой, состоящей из пластинчато-роторного насоса типа 3НВР - 1Д 20 и паромасляного насоса-типа Н-0,25-2 13. Контроль давления на входе со стороны ОК и в линии предварительного разрежения осуществляется манометрическими преобразователями 11 и 16 типа ПМТ-6-3, а контроль давления в высоковакуумном объеме течеискателя осуществляется магнитным электроразрядным манометрическим преобразователем 8. Управление вакуумной системой течеискателя при его включении, выключении и работе производится с помощью электромагнитных клапанов 4, 7, 14, 15. Клапаны 1, 3, 10 с ручными приводами.

Управление электромагнитными клапанами осуществляется от блока управления 17. Программу полуавтоматического управления процессом включения и выключения течеискателя задает устройство вакуумной автоматики 22. Органы ручного управления находятся на панели управления 18. Состояние вакуумной системы отражается единичными индикаторными устройствами индикации 19. В регистрирующем устройстве УР-14 находятся также стабилизатор эмиссии 23, элементы индикации 24 и блок питания 25.

Разнообразие объектов по объему и рабочим характеристикам обусловливает разнообразие способов осуществления масс-спектрометрического метода испытаний. На выбор способов испытаний существенное влияние оказывают условия эксплуатации объектов и требования к степени их герметичности.

Рис 10.7, Масс-спектрометрический течеискатель типа ТИ 1-14


Рис. 10.8. Блок-схема течеискателя ТИ 1-14

Общая методология испытаний объектов на герметичность такова. Как правило, на первом этапе испытаний осуществляют оценку общей герметичности испытуемого объекта. В дальнейшем, если возникает в этом необходимость, ведется поиск течей и уточнение месторасположения негерметичных участков. После устранения выявленных течей повторяют первоначальный этап испытаний с целью установления степени герметичности ОК. При этом наилучших результатов достигают в условиях, когда весь газовый поток прокачивается через течеискатель. Поэтому рекомендуется испытания объектов, поток газоотделения которых не превышает допустимый рабочий поток течеискателя, производить при отключенных средствах вспомогательной откачки и пропускать весь газовый поток через течеискатель. Например, для течеискателя ТИ1-14 максимальный допустимый рабочий поток составляет J = 2 10 -4 м 3 Па/с.


Рис. 10.9. Типовые схемы испытаний

В практике испытаний применяют способ гелиевых камер и чехлов, способ вакуумной камеры (барокамеры), способ вакуумных присосок, способ накопления пробного газа в камере, способ щупа и др. Рассмотрим типовые схемы испытаний, реализующие конкретные способы контроля. На рис. 10.9, а приведена схема, используемая, для испытания отдельных элементов или частей объектов, суммарный газовый поток которых превышает предельно допустимый поток течеискателя. На этой схеме, как и на всех последующих, штрихпунктирной линией обозначен течеискатель. Здесь выделены насосная группа (форвакуумный и диффузионный насосы) и анализатор 9, гелиевая течь 6, ручной клапан 7 для подключения гелиевой течи, электромагнитный клапан 5 для защиты входа, преобразователь давления 4 для контроля вакуума, клапан 8 используется для дросселирования входа течеискателя. Вспомогательный форвакуумный насос 3 подключается к объекту 1 через клапан 2. Этот насос отключается сразу после получения форвакуума (0,1... 1 Па) в объектах и в соединительных линиях, если суммарный газовый поток не превышает предельно допустимого потока течеиекателя. Если же суммарный газовый поток превышает допустимый, то испытания проводят с постоянно работающим механическим насосом. Проверяемый объект по этой схеме подсоединен непосредственно к входному фланцу течеискателя.

В отличие от предыдущей схему, приведенную на рис. 10.9, б, применяют при испытаниях объектов или их частей с большим газовым делением и натеканием, а также в случае подсоединения течеискателя к высоковакуумному объекту. Объект испытаний по этой схеме подключается через клапан 2 к высоковакуумному насосу 10, который в свою очередь соединен е форвакуумным насосом 3.


Рис. 10.10. Типовые схемы испытаний с локализацией течи

Когда возникает необходимость обеспечить максимальный отбор газа в течеискатель и малое время установления сигнала и тем самым обеспечить индикацию малых потоков, применяют схему, приведенную на рис. 10.9, в. Особенно часто такую схему используют при испытании сильно газовыделяющих или сильно натекающих объектов большого объема.

Использование высоковакуумного (например, паромасляного) насоса для вспомогательной откачки часто позволяет даже при большом газоотделении или натекании проверяемого объема получить в нем низкое общее давление, не превышающее максимальное рабочее давление в масс-спектрометрической камере течеискателя. Это дает возможность проводить испытания при полностью открытом входном вентиле течеискателя.

Способ щуповых испытаний (рис. 10.10, а) применяется для обнаружения мест течи в газонаполненных объектах. Щуп 1 представляет собой всасывающее устройство, проводимость которого: обеспечивает прохождение через него потока 2 10 -3 ...5 10 -3 м 3 Па/с. Все обозначения в блоке течеискателя (обведенные штрихпунктирной линией) на рис. 10.10 идентичны обозначениям в. блоках течеискателя на рис. 10.9. Щуп перемещают вдоль поверхности испытуемого объекта, заполненного гелием. Для контроля терметичности листовых заготовок, незамкнутых, а также газонаполненных объектов и их частей применяют способ вакуумных присосок, реализация которого может быть выполнена по схеме на: рис. 10.10, б. При этих испытаниях вакуумная присоска 1 устанавливается на проверяемом участке поверхности, с противоположной стороны которой подается гелий.

В процессе испытаний малогабаритных изделий, проверяемых в цикле высокопроизводительного контроля, используется схема; приведенная на рис. 10.11. Схема включает ОК 2, размещенный в камере 1. Внутри объекта создается избыточное давление газа. Для создания в камере вакуума 0,7...10 -2 Па используется форвакуумный насос 17 и высоковакуумный насос 19. Вакуумметры 26 и 25 применяют для контроля низкого и высокого вакуума соответственно. Для контроля утечки из ОК 2 гелия в камеру в схему включается течеискательное масс-спектрометрическое устройство (течеискатель), включающее масс-спектрометрическую камеру 23, форвакуумный 18 и высоковакуумный 20 насосы, азотную ловушку 21, контрольную течь «Гелит» 22, вакуумметры 27 и 28 и другие вспомогательные элементы. В процессе контроля герметичности объекта в камере предварительно создается необходимый вакуум, затем после соответствующей подготовки подключается масс-спектрометрическая камера 23 являющаяся преобразователем утечки в электрический сигнал. Элементы схемы соединены через вентили 3...15.

В последнее время при реализации масс-спектрометрического контроля все более широкое применение находят турбомолекулярные насосы (ТМН). Интерес, проявляемый к ТМН, не случаен. Эти насосы обладают рядом достбинств, такими, как небольшое время подготовки к испытаниям (3...5 мин), отсутствие необходимости использовать жидкий азот в процессе контроля, в спектре остаточного газа ТМН в значительной мере отсутствуют пары углеводородов, масс-спектрометрическая камера защищена от проникновения воздуха. Кроме того, у них значительно меньшая степень сжатия легких газов, чем более тяжелых.

Рис. 10.13. Структурная схема противотокового масс-спектрометрического контроля

Турбомолекулярные насосы удаляют газ из вакуумной системы с помощью движущихся частей. Такой способ работы насоса называется молекулярной откачкой. На практике более широкое применение получили ТМН с взаимно перпендикулярным движением рабочих поверхностей и потока (указан стрелками) откачиваемого газа (рис. 10.12). В корпусе 2 установлены неподвижные статорные колеса 4, между которыми вращаются колеса 3, закрепленные на роторе 1. Роторные колеса выполняют в виде дисков с прорезями. В статорных колесах имеются зеркально расположенные прорези такой же формы. Быстрота откачки ТМН слабо зависит от рода газа. Предельное давление 10 -7 ...10 -9 Па. На основе ТМН оказалось возможным создать противотоковый способ масс-спектрометрического контроля (рис. 10.13). Изделие 1 соединяют с форвакуумным насосом 4 и с линией предварительной откачки турбомолекулярного насоса 3. При обдуве объекта гелием и при наличии сквозных дефектов гелий, как пробное вещество, проникает через ТМН в направлении, противоположном направлению откачки в камеру масс-спектрометрического течеискателя 2 в результате диффузии.

На основе рассмотренной схемы созданы и создаются течеискательные установки и автоматизированные системы контроля герметичности. Отметим также, что в условиях больших газовых нагрузок способ противотока обеспечивает повышение чувствительности примерно в 6...8 раз. Учитывая приведенные выше достоинства масс-спектрометрических схем с ТМН, разработчики все чаще обращаются к их практической реализации.

Галогенный метод. Метод широко применяется в технике течеискания и успешно конкурирует с другими методами. Метод используется при контроле изделий больших объемов или систем с сильно разветвленными трубопроводами. Ему отдается предпочтение при контроле герметичности объектов, в которых галогеносодержащие вещества используются в качестве технологических (аэрозольные упаковки, кондиционеры, холодильники и др.).

Галогены (от греч. halos и genes - рождающий) - химические элементы фтор, бром, йод, хлор, составляющие главную подгруппу VII группы периодической системы.

Галогенный метод основан на использовании эффекта увеличения термоионной эмиссии с поверхности накаленной платины в присутствии галогеносодержащих веществ (хладоны, четыреххлористый углерод и т.д.). Впервые этот эффект был обнаружен в 1944 г. Райсом. Автор этого открытия и другие специалисты, впоследствии изучавшие этот эффект, установили, что явление наблюдается как при атмосферном давлении, так и в вакууме, но в любом случае необходимо присутствие некоторого количества кислорода или воздуха. Галогенные устройства, основанные на этом эффекте, имеют характерную зависимость приращения тока от концентрации пробного вещества, которая имеет максимум по току, затем уменьшается, несмотря на увеличение концентрации галогенов.

На основании анализа последующих работ доказано, что в основе галогенного метода лежит каталитическая химическая реакция. Она происходит в несколько стадий: термическая диссоциация исходной молекулы пробного вещества, образование оксидов галогенов на поверхности платины и их распад. Плотность эмиссионного тока пропорциональна скорости этой основной реакции. Параллельно протекает реакция дезактивации чувствительного элемента благодаря воздействию углерода, образующегося при термическом распаде галогенов.

В качестве пробных галогеносодержащих веществ используются фреоны (хладоны), например фреон-12, фреон-22. Характеристика этих фреонов приведена в табл. 10.3.

Таблица 10.3


Фреоны - химически инертные и малотоксичные вещества. Обезвоженные фреоны в жидком и парообразном состоянии совершенно инертны ко всем металлам. Однако будучи хорошими растворителями многих органических веществ, вызывают набухание уплотняющих прокладок. Поэтому, когда применяется фреон как пробное вещество, используют фреоностойкую резину. Для фреона-22 рекомендуются прокладки из политетрафторэтилена.

Галогенный метод, так же как масс-спектрометрический, позволяет вести контроль герметичности по различным схемам, в том числе на его основе проводить испытания в автоматизированном режиме.

Широкому промышленному применению метода в стране и за рубежом способствует серийный выпуск галогенных течеискателей - приборов, простых и надежных в эксплуатации и вместе с тем обладающих достаточно высокой чувствительностью.

Чаще всего галогенный метод используют по способу щупа, при котором внутрь вводят галогеносодержащее пробное вещество, а снаружи вдоль предполагаемых мест течей перемещают щуп, соединенный с регистрирующим прибором (течеискателем). Чтобы не загрязнять помещение галогенами, перед испытаниями с помощью галогенного течеискателя необходимо произвести испытания менее чувствительными методами, например манометрическим. Испытания галогенным течеискателем можно начинать только после того, как грубые течи устранены или установлено, что они отсутствуют. Это правило важно иметь в виду всегда, когда используется какой-либо высокочувствительный метод контроля герметичности или когда в процессе испытаний применяется пробное вещество, потери которого нежелательны по экономическим или экологическим соображениям.

Испытания можно производить чистым фреоном или смесью фреона с воздухом. Как правило, испытания чистым фреоном проводят при небольших объемах ОК в соответствии со схемой, представленной на рис. 10.14. Предварительно с помощью вакуум-насоса 3 через вентили 2 и 4 ОК 5 откачивают воздух, создавая небольшое разрежение. Затем через вентиль 1 ОК заполняют фреоном, давление которого ограничивается упругостью пара фреона при температуре испытаний. Так, например, при температуре 20°С давление паров фреона составляет 0,573 10 -5 Па = 5,78 кгс/см 2 . После заполнения ОК фреоном производят обследование с помощью щупа галогенного течеискателя. После проведения испытаний фреон поступает на регенерацию с целью последующего его использования при дальнейших испытаниях.

При испытаниях смесью фреона с воздухом рекомендуется схема, представленная на рис. 10.15. В этом случае в ОК 5 под давлением впускают сначала некоторое количество газообразного фреона, а затем внутрь ОК через вентиль 6 подают сжатый воздух для создания необходимого давления смеси фреона и воздуха (остальные обозначения - как на рис. 10.14). Этим обеспечивается необходимая чувствительность испытаний при малой концентрации фреона как пробного вещества. После проведения испытаний смесь удаляют из ОК с помощью системы регенерации. Чувствительность испытаний труб галогенным течеискателем определяют по формуле


(10.10)

где С - концентрация фреона в смеси,Р с - давление смеси газов;Р а - атмосферное давление; η с - вязкость смеси газов, η в - вязкость воздуха.

Изменяя давление смеси или концентрацию фреона, можно в широких пределах изменять чувствительность испытаний.


Рис. 10.16. Чувствительный элемент галогенного течеискателя

Галогенные течеискатели основаны на использовании свойства накаленной платины резко увеличивать эмиссию положительных ионов в присутствии веществ, содержащих галогены.

Чувствительный элемент течеискателя, закрепленный на основании 4, представляют собой платиновый диод с навитым на керамическую трубку анодом прямого накала (рис. 10.16). Испаряемые из керамического полого элемента 3 щелочные металлы ионизируются на накаленной поверхности платины эмиттера 1. Ионы из него поступают на второй электрод - платиновый коллектор 2, соединенный со входом усилителя постоянного тока. Стрелочный прибор на выходе усилителя регистрирует увеличение ионного тока при обнаружении течи. Сигнал дублируется звуковым индикатором.

Галогенный преобразователь выполнен как щуп пистолетного типа. В передней его части расположен чувствительный элемент. Вентиляционное устройство расположено за чувствительным элементом и обеспечивает непрерывный проток через него газовоздушной смеси.

В комплект серийного галогенного течеискателя ГТИ-6 кроме атмосферного преобразователя входит также вакуумный преобразователь. Он смонтирован на фланце и содержит, кроме чувствительного элемента, кислородный инжектор, разогреваемый собственным теплом работающего преобразователя. Инжектор выделяет кислород в результате термического разложения марганцево-кислого калия (КМnО) 4 . Применение кислородного инжектора способствует сохранению высокой чувствительности преобразователя, работающего в условиях высокого вакуума.

Галогенные течеискатели снабжают калиброванной течью «Галот», действие которой основано на равновесном истечении сублимирующего пара твердого вещества (гексахлорэтана) через постоянно открытое малое отверстие. При этом имитируется поток фреона-12 в диапазоне от 0,9 10 -7 до 1,3 10 -6 м 3 Па/с.

Для испытания объектов (изделий) в полевых условиях или при необходимости обеспечения автономности питания используются батарейные течеискатели типа БГТИ-7, которые имеют блок регистрации с чувствительным элементом и блок аккумуляторов.

С 1988 г. начат серийный выпуск галогенных течеискателей ТИ2-8, порог чувствительности которых соответствует порогу чувствительности течеискателя ГТИ-6. Однако течеискатель ТИ2-8 выполнен на новой элементной базе, более компактен и удобен в работе. Он предназначен для контроля герметичности различных систем и объемов, допускающих откачку внутренней полости, а также заполненных хладоном и смесью газов, содержащих галогены. Постоянная времени течеискателя не более 1,5 с. Конструктивно он выполнен в виде выносного щупа и регистрирующего устройства. Кроме этого он снабжается вакуумным датчиком и обдувателем. Порог чувствительности 1 10 -7 м 3 Па/с. На его основе могут быть реализованы испытания как в атмосферных условиях, так и в вакууме.

В последние годы начали появляться новые типы галогенных течеискателей, отличие которых от серийных моделей состоит в том, что в чувствительном элементе происходит пространственное разделение керамического материала и эмиттера с коллектором. В этом случае уменьшается возможность отравления чувствительного элемента и повышаются его общие эксплуатационные характеристики.

Следует отметить, что область применения галогенных течеискателей в перспективе будет сужаться, что объясняется последовательным отходом от использования при испытаниях фреона, разрушающего озоновый слой Земли. Видимо, в дальнейшем галогенные течеискатели будут чаще всего использоваться для контроля в системах следов галогенов, в исследовательских лабораториях и в специальных случаях испытания объектов.

Катарометрический метод контроля герметичности основан на использовании зависимости теплопроводности газовой смеси от концентрации одного из ее компонентов (пробного вещества), теплопроводность которого значительно отличается от теплопроводности остальных компонентов.

Чтобы представить возможности метода, приведем данные о теплопроводности некоторых газов λ г (табл. 10.4).

Сравнение теплопроводностей отдельных газов и воздуха показывает, что использование катарометрического метода предпочтительно в тех случаях, когда в качестве пробных газов берут гелий либо водород или когда внутри ОК находится хлор.

Таблица 10.4

Теплопроводность некоторых газов и паров при 0°С и 98,1 к Па


Для практического применения зависимость теплопроводности газовой смеси от состава описывается уравнением, аддитивным относительно теплопроводностей отдельных компонентов смеси:

где С 1 ,С 2 ,..., С n - концентрация компонентов в долях единицы; λ 1 , λ 2 ,…, λ n - теплопроводности компонентов.

Катарометрический метод неизбирателен, он может быть использован для контроля утечки бинарных или квазибинарных пробных газов, для которых соотношение (10.11) может быть приведено к виду

где С п - объемная доля пробного газа; λ ср - средняя теплопроводность суммы неопределяемых компонентов (например, в воздухе). При этом λ г >>λ ср.

Как следует из уравнения (10.12), для бинарной газовой смеси ее теплопроводность - однозначный критерий потока пробного газа.

Для измерения теплопроводности газовой смеси используется нагреваемый током проводник, помещенный в камеру, заполненную анализируемой смесью. Если теплоотдача от проводника к стенкам камеры в основном осуществляется в результате теплопроводности, то имеет место следующая зависимость:

где Q т - количество теплоты, отдаваемой проводником в секунду;l , d - длина и диаметр проводника;D - диаметр камеры; λ см - теплопроводность смеси газов;t п,t c - температура проводника и стенок камеры.

При постоянстве отдаваемой проводником теплоты Q т и температуры стенок камерыt c , зависящей от температуры окружающей среды, теплопроводность газовой смеси будет однозначно определять температуру проводника, а следовательно, и его сопротивление, которое включено в цепь мостовой измерительной схемы. На основе этой зависимости выполняются катарометрические течеискатели и устройства.


Рис. 10.17. Схема чувствительного элемента катарометрического течеискателя (а), мостовая схема течеискателя (б)

Датчик течеискателя состоит из корпуса 1 с двумя параллельными протяжными каналами (рис. 10.17, с), в которые вмонтированы две Тонкие платиновые или платинородиевые нити 2, выполняющие функцию электрических сопротивлений. На рис. 10.17, б показаны сопротивления R 1 иR 2, 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.

На примере течеискателя типа ТП 7101М рассмотрены конструктивные и схемные особенности катарометрических течеискателей и возможные направления их совершенствования. Этот 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 м 3 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.

Электронно-захватный метод основан на способности молекул некоторых газов захватывать электроны, превращаясь при этом в электроотрицательные ионы. Это свойство веществ называют сродством к электрону. Оно характеризуется энергией, выделяющейся при образовании отрицательно заряженного иона. Например, сродство к электрону атомов кислорода равно 1,46 эВ.

Схематично этот процесс может быть рассмотрен на основе приведенного ниже соотношения. Под действием радиоактивного излучения β-трития в камере детектора происходит ионизация молекул газа N 2 и образуются медленные электроные м:


(10.14)

Под влиянием приложенного напряжения эти электроны перемещаются к аноду, вследствие чего в цепи возникает ток. При попадании в камеру чувствительного элемента газа, содержащего молекулы, обладающие сродством к электрону, возникают отрицательные ионы. Они обладают значительно большей, чем электроны, способностью к рекомбинации с положительными ионами азота, что в конечном итоге приводит к уменьшению числа электронов, попадающих на анод, и соответственно к уменьшению ионизационного (фонового) тока. Уменьшение этого тока при прохождении через чувствительный элемент пробного газа служит мерой его количества.

Так как различные газы обладают различной способностью К захвату электронов, то чувствительные элементы таких течеискателей характеризуются избирательностью, например, к галогеносодержащим, органическим соединениям. Чувствительность электроннозахватных чувствительных элементов к различным пробным газам зависит от степени электроотрицателыюсти или сродства к электрону этих газов. Однако электронное сродство пробного газа меняется с энергией свободных электронов. Средняя величина энергии электронов в ионизационной камере определяется электрическим полем и природой газа носителя. Средняя энергия свободных электронов при определенной напряженности электрического поля больше у одноатомных газов (например, аргон) и меньше у многоатомных, например, углекислый газ. При соответствующем подборе газаносителя и потенциала, приложенного к камере, можно получить электроны с любой средней энергией, вследствие чего электронно-захватные течеискатели могут быть сделаны селективно чувствительными к различным пробным газам.

Существует несколько видов электронно-захватных течеискателей. Все они характеризуются индицированием течей с применением в качестве пробных веществ электроотрицательных газов и паров. Для обнаружения течей в вакуумных системах удобен вакуумметр-течеискатель ВТИ-1, который состоит из магнетронного манометрического преобразователя и простого измерительного блока. Преобразователь подсоединяется к вакуумной системе. При поиске течей с помощью ВТИ-1 используют фреон-12 и элегаз (SF6). Наиболее целесообразно использовать ВТИ-1 для проверки герметичности безмасляных вакуумных систем.


Рис. 10.18. Схема электронно-захватного течеискателя

Значительно шире область применения универсальных электронно-захватных течеискателей, не требующих вакуумйрования проверяемых объектов. Прежде всего это относится к течеискателю, получившему название электронно-захватный (по названию электронно-захватного детектора, широко используемого в хроматографии). Течеискатель представляет собой двухэлектродную ионизационную камеру с радиоизотопным (тритиевым) источником ионизирующего β-излучения. Преобразователь I течеискателя состоит из детектора 3, эжектора 2 и дросселя 4 для регулирования отбора смеси газов (рис. 10.18). Эжектор, создавая разрежение, обеспечивает подачу пробного газа или воздуха в чувствительный элемент. Преобразователь соединен с полой иглой-зондом 1. Измерительный блокII включает вспомогательные пневматический дроссели 5 и 7 для подстройки расхода газа-носителя, фильтр 8 для очистки газа-носителя от частиц масла и других примесей Электрическая часть измерительного блока включает блок питания 8, усилитель 9, устройство автокомпенсации сигнала течеискателя 10 и регистрирующий прибор 11. Кроме этих систем и блоков в измерительную часть течеискателя входят также звуковой генератор сигнализации течи, компаратор и другие элементы не показанные на схеме. Течеискатель может быть связан с внешними устройствами, такими, как система записи сигнала, устройство автоматической отбраковки негерметичных изделий и др.

Рис. 10.19. Схема плазменного течеискателя

Применение рассматриваемого электронно-захватного течеискателя весьма эффективно при поиске течей в высоковольтных электротехнических устройствах с элегазовым наполнением. Он может конкурировать с манометрическим устройством, контролируя утечку воздуха в камере, продуваемую азотом. В этом случае достигается порог чувствительности 1 10 -5 м 3 Па/с.

Плазменный течеискатель ТП2, также регистрирующий утечки электроотрицательных пробных веществ, состоит из разрядной трубки-натекателя 1, электродов конденсатора 2, измерительного блока 3 и узла индикации течи 4 (рис. 10.19). Течеискатель основан на использовании свойств тлеющего разряда, который шунтируя высокочастотный резонансный контур, вызывает срыв высокочастотной генерации. При появлении в разрядной трубке электроотрицательного газа частота срывов генерации возрастает за счет увеличения скорости рекомбинации ионов. Измерительный блок обеспечивает выработку сигналов, пропорциональных частоте срывов высокочастотных колебаний и концентрации электроотрицательной примеси в воздухе, прокачиваемом через трубку.

Течеискатель портативен, удобен в работе, достаточно чувствителен к пробным газам, имеет малую массу (2 кг), в основном используется для поиска течей способом щупа. Чувствительность к потоку элегаза (SF6) составляет 0,7 10 -9 м 3 Па/с, к потоку фреона-22 - 1 10 -8 м 3 Па/с. Постоянная времени течеискателя - не более 1с.

Химический метод. При контроле объектов, эксплуатируемых с применением специальных газов и газовых смесей, а также во всех других случаях, когда известные методы контроля герметичности оказываются малопригодными, химический метод оказывается наиболее приемлемым. Известны несколько модификаций этого метода: нанесение на объекты индикаторной массы; применение индикаторных лент; применение индикаторной краски.

Общим для всех модификаций является применение соответствующего пробного газа, создание избыточного давления этого газа в объекте и визуальное наблюдение эффекта взаимодействия пробного газа с химическим составом, тем или иным способом нанесенным на предполагаемые места течи. Чаще всего в качестве пробного газа используется технологический газ или смесь газов.

В качестве индикаторных масс могут применяться различные сочетания химических веществ. Основные требования к индикаторным массам следующие: высокая чувствительность к пробному газу; сохранение технологических свойств в течение времени, необходимого для осмотра объекта; индикаторная масса не должна быть агрессивной по отношению к материалу ОК.

В качестве пробного газа используют двуокись углерода различной концентрации и некоторые другие газы. При наличии течей пробный газ, взаимодействуя с индикаторной массой, вызывает появление пятен различного цвета (желтого, синего и др.). Стойкость пятен после прекращения контакта индикаторной массы с пробным газом составляет до 50 мин. Свойства нанесенной индикаторной массы сохраняются в течение десятков часов.

Принцип контроля герметичности оборудования с применением индикаторных лент заключается в наклеивании последних на предполагаемые места течи и наблюдении за образованием пятен при взаимодействии индикатора, которым пропитана лента с пробным газом. Индикаторные ленты изготавливают, как правило, из хлопчатобумажных тканей. Их пропитка осуществляется в специальном растворе до получения равномерной окраски. Состав одного из рекомендуемых растворов, которым пропитывают ленты- 100 мл этилового спирта, 15...20 мл глицерина, 1...2 г бром-фенолового синего и 20%-ный раствор серно-кислого аммония. Кроме этого раствора применяют также фенолфталеин и другие составы. С целью исключения ложных окрасок индикаторных лент в загазованных помещениях иногда одна из поверхностей ленты покрывается прозрачной газонепроницаемой пленкой, которая имеет липкую поверхность для соединения с индикаторной лентой и испытуемой емкостью. Наличие прозрачной пленки способствует накоплению выходящего из емкости газа под пленкой и окрашиванию индикаторной ленты, а также повышает чувствительность контроля и создает защиту от окрашивания содержащимися в помещении газами.

Наиболее часто в качестве пробного газа используют воздушно-аммиачную смесь с концентрацией аммиака до 1...3%. Определение герметичности сводится к визуальному осмотру предполагаемых мест течи, на которые наложена индикаторная лента, и к фиксированию на ней пятен, соответствующих местам течи. Чувствительность способа индикаторных лент составляет от 1 10 -7 до 7 10 -7 м 3 Па/с.

Способ индикаторной краски находит применение для контроля тех Объектов, которые уже в процессе изготовления заправляют рабочей средой, окрашивают и сушат, а затем отправляют заказчику. В этом случае контроль герметичности осуществляют во время сушки. В краску, которая служит лакокрасочным покрытием, добавляют специальный индикатор, например бромфеноловый синий, реагирующий на рабочую среду. В местах утечек рабочая среда вступает в химическую реакцию с индикатором. В результате на краске образуются синие пятна, указывающие на место течи. Один из способов приготовления индикаторной краски - создание смеси нетроглифталевой серой краски с бромфеноловым синим индикатором. Индикаторная краска сохраняет свои реакционные свойства в течение длительного времени, так как она реагирует на утечку рабочей среды и после ее высыхания. Чувствительность контроля способом индикаторной краски достигает 1 10 -6 ...10 -7 м 3 Па/с.

Манометрический метод часто применяют на практике, так как это один из самых доступных в реализации методов. Он основан на регистрации изменения общего давления в ОК или во вспомогательной камере, в которой размещается ОК.

В последние годы в связи с развитием техники контроля малых изменений давления и температуры возможности метода расширились. На практике обычно контролируют падение (повышение) давления за определенное время. Допустимое изменение давления газовой среды в объекте устанавливают на основе определенных конструктором норм герметичности.

Метод контроля по изменению давления (манометрический) находит применение, главным образом, при предварительных испытаниях объектов с целью выявления сравнительно крупных сквозных дефектов. Самостоятельно этот метод применяют при контроле герметичности, когда требования к порогу чувствительности не превышают 1 10 -5 м 3 Па/с. При контроле объектов малого объема (Vl 10 -4 м 3) может быть достигнут порог чувствительности 5 10 -6 м 3 Па/с. /

В зависимости от требований к степени герметичности изделий, их габаритов, конфигурации и целей контроля используют бескамерный или камерный (рис. 10.20) способы манометрического контроля.

Математическая модель нестационарного процесса изменения давления в манометрической взаимосвязанной системе имеет вид


(10.15)

где А 2 - постоянный коэффициент, зависит от параметров среды и дефекта. В плоскостиР, t динамические характеристики, полученные на основе (10.15), имеют вид парабол (рис. 10.21). Чем больше дефект, тем быстрее выравнивается давление в изделииР и и в камереР к в момент времениt *.

На рисунке различные кривые, обозначенные соответствующими знаками (□, Δ и т.д.), характеризуют изменение давления в объекте и в камере при наличии в стенке объекта дефекта определенного диаметра (например, 50, 100 мкм и т.д.). Для бескамерной схемы контроля, когда

, предельным переходом получают математическую модель такой системы в виде


(10.16)

Второе уравнение этой системы показывает, что Р к - величина постоянная, т.е.Р к = Р к 0 =Р а, гдеР а - атмосферное давление.

Подставляя это значение Р к в первое уравнение (10.16), получим дифференциальное уравнение


(10.17)

из которого интегрированием находим


(10.18)

Графики переходного процесса для рассмотренных условий контроля показаны на рис. 10.22. Крутизна этих характеристик в значительной мере определяется размером дефекта.

При бескамерном варианте (см. рис. 10.20, а) в ОК. создают избыточное давление Р и 0 , при помощи подачи на вход испытателыной системы давления Р 0 . Затем клапан 3 закрывают. При наличии течи в ОК 1 датчик утечки 2 регистрирует падение давления Р и в соответствии с динамическими характеристиками, приведенными на рис. 10.22.

Для камерной схемы контроля решения дифференциальных уравнений (10.15) имеют вид


(10.19)


(10.20)

Каждое из уравнений (10.19) и (10.20) определяет в координатах Р, t параболу. Оси этих парабол параллельны оси ординатР и направлены в противоположные стороны. Они пересекаются в точке, координаты которой определяются, решая уравнение

Р и (t ) = Р к (t )

Несмотря на кажущуюся простоту метода, использование его часто сдерживается по причине сравнительно низкой чувствительности метода, а в ряде случаев большой длительностью цикла измерений. При усовершенствовании метода устранению влияния температуры на результаты контроля принадлежит ведущая роль.

Газогидравлический метод (пузырьковый метод) основан на наблюдении пузырьков пробного газа 4 (рис. 10.23), выделяемых из течи 3 при опрессовке газом объекта контроля 2, погруженного в жидкость.

Преимущества пузырькового метода заключаются в его простоте: он не требует приборного оснащения и специальных пробных газов, имеет высокую чувствительность, операции выявления и локализации течей совмещены.

Его недостатком является необходимость погружения изделия в резервуар, что невозможно для крупногабаритных изделий. Покрытие поверхности жидкой пленкой -трудоемкая операция, имеется опасность коррозии поверхности в результате длительного действия на нее остатков жидкости (воды). Чувствительность метода иногда оказывается недостаточной. Результаты проверки в большой степени зависят от добросовестности контролера.

На примере пузырькового метода удобно проследить влияние порога чувствительности средства течеискания и условий испытания на порог чувствительности способа течеискания в целом. Средством обнаружения течи собственно являются пузырьки пробного газа. Рассмотрим процесс образования пузырька для оценки порога чувствительности. Под влиянием давления опрессовки, создаваемого в объекте контроля, в устье течи образуется пузырек. Количество газа в нем определяется произведением объема пузырька V п на давление внутри негоР п. Это давление меньшеР опр из-за падения давлений на течи. Определим Рп из условия равенства его сумме внешних давлений, действующих на пузырек: атмосферного давления на поверхность жидкостиР атм, гидростатического давления жидкостиР г и поверхностного натяженияР н.

Величина P г =g ρh , где ρ - плотность жидкости, ah - высота столба жидкости над пузырьком. Давление, вызываемое силами поверхностного натяжения,Р н = (2F жг cosθ)/r=4F жг /D. ЗдесьF жг - сила поверхностного натяжения жидкость - газ, отнесенная к единице длины на поверхности жидкости. Для рассматриваемого случая D = 2r - диаметр пузырька, θ = 0. Таким образом,


(10.21)

где t - время образования пузырька.

Поток газа через течь увеличивает диаметр пузырька вплоть до момента его отрыва. Этот момент наступает, когда действующая на пузырек архимедова сила gρV п становится равной, а затем превышает силы сцепления пузырька с поверхностью, равные силе поверхностного натяжения жидкость - газ, умноженной на периметр течи: F жг =πd , гдеd - диаметр течи. Таким образом, условие отрыва

Здесь D 0 - диаметр пузырька в момент отрыва. Из формулы видно, что чем больше диаметр течи, тем крупнее пузырьки. Однако поскольку из диаметра течи (d ) и величин, характеризующих свойства жидкости (F жг и ρ), извлекается корень кубический, диаметр отрывающегося пузырька меняется мало при изменении названных величин. Обычно диаметр отрывающегося пузырька принимают равным 0,5...1 мм. Пузырьки диаметром меньше 0,5 мм трудно заметить. Отсюда можно найти минимальный диаметр течиd min =2,8 мкм.

Минимальный поток газа, регистрируемый пузырьковым метод дом, можно найти из предположения, что время t 0 от начала образования пузырька до его отрыва равно 30 с. Если это время больше, то слишком редко образующиеся пузырьки трудно заметить.

Обычно гидростатическое давление гораздо меньше атмосферного оно даже стремится к нулю при уменьшении расстояния от течи до поверхности h . Давление сил поверхностного натяжения также существенно меньше атмосферного. В результате из (10.31) определяем минимально регистрируемый поток газа, с помощью пузырькового метода:


(10.22)

При D 0 =0,5 мм,t 0 = 30 с,Р атм =101325 Па получимJ min = (3,14 0,5 3 10 -9 101325)/(6 30)=2,2 10 -7 Вт. Это значение определяет, порог чувствительности пузырькового способа как средства течеискания. Теперь рассмотрим чувствительность (нижний предел индикации) всей системы течеискания пузырьковым методом.

Используя уравнения для натекания через канал - течь для вязкого течения J в = πd 4 Р 2 атм /256η в l , определим чувствительность всей системы течеисканияВ m i n , приведенную к стандартным условиям:

P опр /P атм

B min , Вт

Чувствительность метода к течам может быть повышена не только повышением Р опр, но также применением газов с вязкостью, меньшей, чем у воздуха. Например, если применять водород вместо воздуха, то η/η в = 0,5 и Р опр /Р атм =10, отсюдаB min = 1,1 10 -9 Вт. Это надо понимать так, что с помощью водорода и давления опрессовки в 10 атм снимают порог чувствительности системы контроля и выявляют течи, которые при вакуумных испытаниях в стандартных условиях будут давать натекание около 1 10 -9 Вт.

Рассмотрим некоторые варианты пузырькового метода. Как отмечалось ранее, вместо погружения объекта контроля в резервуар его покрывают жидкой пленкой (способ обмыливания), в которой наблюдают образование пузырьков. Жидкость должна быть вязкой, медленно стекающей, с малым поверхностным напряжением. Ее приготовляют из водного раствора мыла, глицерина и желатина (мыльная пленка) или из водного раствора декстрина, глицерина, спирта и других добавок (полимерная пленка). Вязкость обеспечивает медленное стекание, а снижение сил поверхностного натяжения облегчает образование пузырей.

Пленку наносят на поверхность изделия мягкой кистью или распылителем. Наблюдение за образованием пузырьков начинают через 2...3 мин после нанесения мыльной пленки. При использовании полимерной пленки выявление больших дефектов наблюдают непосредственно после нанесения пленки, а малых - через 20 мин. Пузырьки в такой пленке не лопаются, а сохраняются в виде «коконов» в течение суток. Чувствительность определяют по приближенной формуле (10.22).

Наибольшей чувствительности пузырькового метода удается добиться, если использовать способ обмыливания и наблюдения в локальной вакуумной камере с давлением около 10 4 Па. Такая камера (рис. 10.24) «присасывается» к поверхности объекта контроля под действием атмосферного давления. Наблюдение за появлением пузырьков, коконов или разрывов пленки ведут через смотровое окно. В этом случае атмосферное и гидростатическое давления равны нулю, и формула (10.22) с учетом двойной поверхности соприкосновения пленки с газом приобретает вид



В продолжение темы:
Отопление в нежилых помещениях

В наши дни ландшафтный дизайн, как направление, развивается стремительными темпами. Дизайнеры и архитекторы занимаются оформлением участков и территорий в разнообразных...

Новые статьи
/
Популярные