Apakah kebocoran dan bagaimana untuk mengukur kadar kebocoran dalam sistem vakum
Selain daripada sistem vakum sebenar dan komponen individu mereka (bekas vakum, saluran, injap, peranti pengukur, dan lain-lain) terdapat banyak sistem dan produk lain dalam bidang industri dan penyelidikan yang mempunyai keperluan tinggi mengenai ketahanan atau yang dipanggil "penutupan hermetik". Ini termasuk, khususnya, pemasangan untuk industri automotif dan penyejukan.
Pernyataan umum yang sering dibuat, seperti "tiada kebocoran yang dapat dikesan" atau "kadar kebocoran sifar", tidak mewakili asas yang mencukupi untuk ujian penerimaan.
Setiap jurutera berpengalaman tahu bahawa spesifikasi penerimaan yang dirumuskan dengan betul akan menunjukkan kadar kebocoran tertentu di bawah syarat yang ditetapkan. Kadar kebocoran yang boleh diterima juga ditentukan oleh aplikasi itu sendiri.
Jenis kebocoran
Definisi paling mudah untuk istilah "leak" adalah: Sebuah kebocoran adalah "pembukaan" dalam dinding atau penghalang (yang memisahkan) di mana pepejal, cecair atau gas boleh masuk atau keluar dengan tidak diingini.
Bergantung kepada jenis bahan atau kecacatan penyambungan, jenis kebocoran berikut dibezakan:
- Kebocoran dalam sambungan boleh tanggal: Flange, permukaan pemadanan tanah, penutup
- Kebocoran dalam sambungan tetap: Solder dan jahitan pengelasan, sambungan yang dilekatkan
- Kebocoran akibat porositi: terutamanya selepas deformasi mekanikal (bengkok!) atau pemprosesan terma bahan polikristalin dan tuangan
komponen - Kebocoran terma: terbuka pada beban suhu ekstrem (panas/dingin), terutamanya pada sambungan solder
- Kebocoran (maya) yang jelas: kebocoran: kuantiti gas akan dilepaskan dari rongga dan kekosongan di dalam bahagian tuang, lubang buta dan sambungan (juga disebabkan oleh penyejatan cecair).
- Kebocoran tidak langsung: kebocoran saluran bekalan dalam sistem vakum atau relau (air, udara termampat, garam)
- “Kebocoran bersiri”: ini adalah kebocoran di hujung beberapa “ruang yang disambungkan secara bersiri”, contohnya kebocoran di bahagian yang dipenuhi minyak dalam takungan minyak pada pam sudu berputar.
- “Kebocoran sehala”: ini membenarkan gas melalui dalam satu arah tetapi ketat dalam arah yang lain (sangat jarang)
Satu kawasan yang tidak kedap gas tetapi tidak bocor dalam erti kata terdapat kecacatan adalah:
- Pembolehan: kebolehtelapan semula jadi gas melalui bahan seperti hos getah, penyegel elastomer, dan lain-lain. (kecuali bahagian-bahagian ini telah menjadi rapuh dan dengan itu "ber bocor").
Kadar kebocoran, saiz kebocoran (gas) aliran jisim
Tiada peranti atau sistem vakum yang boleh menjadi benar-benar kedap vakum dan ia sebenarnya tidak perlu. Yang penting adalah kadar kebocoran mesti cukup rendah supaya tekanan operasi yang diperlukan, keseimbangan gas dan tekanan akhir dalam bekas vakum tidak terjejas. Adalah jelas bahawa keperluan berkaitan dengan ketahanan gas sesuatu alat adalah lebih ketat apabila tahap tekanan yang diperlukan adalah lebih rendah.
Untuk dapat mendaftar kebocoran secara kuantitatif, konsep "kadar kebocoran" dengan simbol qL dan unit mbar·l/s telah diperkenalkan.
Kadar kebocoran qL = 1 mbar·l/s wujud apabila dalam sebuah bekas tertutup yang telah dikosongkan dengan isipadu 1 l, tekanan meningkat sebanyak 1 mbar setiap saat atau, apabila terdapat tekanan positif dalam bekas, tekanan menurun sebanyak 1 mbar setiap saat.
Kadar kebocoran sebuah bekas menunjukkan jumlah aliran gas yang melarikan diri melalui dinding bekas tersebut. Namun, perlu diperhatikan bahawa kadar kebocoran untuk kebocoran bergantung kepada jenis gas.
Jika suhu gas T dan jisim molar M bagi gas G diketahui, aliran jisim gas boleh dikira daripada kadar kebocoran qL menggunakan persamaan keadaan bagi gas ideal melalui hubungan
Δm/Δt = (qL·M)/(R·T)
Unit: g/s
dengan:
- R = 83,14 (mbar·l) / (mol·K)
- T = Suhu gas dalam K
- M = Jisim molar dalam g/mol
- Δm = Jisim dalam g
- Δt = Jangka masa dalam s
Hubungan ini digunakan:
a) untuk menentukan aliran jisim Δm/Δt pada kadar kebocoran yang diketahui qL
b) untuk menentukan kadar kebocoran qL pada aliran jisim gas yang diketahui Δm/Δt
Untuk sistem vakum tinggi, peraturan umum berikut terpakai:
- qL(udara) < 10-6 mbar·l/s = Sistem adalah "sangat ketat"
- qL(udara) < 10-5 mbar·l/s = Sistem adalah "cukup ketat"
- qL(udara) > 10-4 mbar·l/s = Sistem adalah "berlubang"
Kebocoran sebenarnya boleh dikompensasi oleh pam vakum dengan kapasiti yang mencukupi kerana yang berikut terpakai kepada tekanan akhir (operasi) yang boleh dicapai Pult:
Pult = qL/Seff
dengan:
- QL = Kadar kebocoran dalam mbar·l/s
- Seff = Kelajuan pam yang berkesan bagi pam vakum di dalam bekas vakum dalam l/s
Jika Seff meningkat dengan cukup, adalah mungkin untuk mencapai tekanan akhir (operasi) pult yang ditentukan tanpa mengira kadar kebocoran qL.
Dalam praktiknya, bagaimanapun, peningkatan Seff yang diinginkan mungkin tidak dapat direalisasikan disebabkan oleh alasan ekonomi dan reka bentuk (kos pelaburan yang tinggi, keperluan ruang yang tinggi).
Jika tekanan akhir yang diingini tidak dicapai dalam sistem vakum, biasanya terdapat dua punca untuk ini:
1. kehadiran kebocoran dan/atau
2. pembebasan gas dari dinding bekas dan pengeluaran gas dari penutup.
Untuk membezakan antara dua punca tersebut, analisis tekanan separa dengan spektrometer jisim atau ujian peningkatan tekanan berkaitan masa boleh digunakan. Oleh kerana hanya mungkin untuk menentukan kewujudan kebocoran dan bukan kedudukannya dalam sistem apabila menggunakan ujian peningkatan tekanan, adalah disyorkan untuk menggunakan pengesan kebocoran helium yang mana kebocoran juga dapat dilokalisasi dengan lebih cepat.
Untuk mencapai gambaran keseluruhan tentang korelasi antara saiz geometri lubang dan kadar kebocoran yang berkaitan, adalah mungkin untuk beroperasi berdasarkan anggaran kasar berikut:
Lubang bulat dengan diameter D = 1 cm di dinding sebuah bekas vakum ditutup dengan sebuah injap. Tekanan atmosfera (p = 1013 mbar) berlaku di luar, vakum di dalam. Apabila injap dibuka, udara mengalir pada kelajuan bunyi (vs = 330 m/s) melalui seksyen pembukaan A = π·(D2/4) ~ 0,79 cm2 ke dalam bekas. Kuantiti udara yang mengalir ke dalam kapal adalah qL(udara) = p·vs·A ~ 2.6·104 mbar·l/s.
Jika semua syarat lain dikekalkan sama dan helium dibenarkan mengalir ke dalam lubang pada kelajuan bunyinya 970 m/s, maka kadar kebocoran helium qL (helium) adalah ~ 7.7·104 mbar·l/s, jadi kadar kebocoran adalah jauh lebih tinggi.
"Sensitiviti" yang lebih tinggi untuk helium ini digunakan dalam pengesanan kebocoran dan telah menghasilkan pembangunan serta pengeluaran besar-besaran pengesan kebocoran berasaskan helium yang sangat sensitif.
Ditunjukkan dalam Rajah. 1 adalah korelasi antara saiz lubang dan kadar kebocoran untuk udara, dengan nilai anggaran qL (udara) = 104 mbar·l/s untuk "lubang 1 cm".
Jadual menunjukkan bahawa apabila diameter lubang D dikurangkan kepada 1 µm = 0,001 mm (= pengurangan D dengan faktor 10000) kadar kebocoran akan mencapai 1.0·10-4 mbar·l/s, satu nilai yang dalam teknologi vakum sudah mewakili kebocoran besar (lihat peraturan umum di atas).
Kadar kebocoran 1.0·10-12 mbar·l/s bersamaan dengan diameter lubang 1 angstrom (Å); ini adalah had pengesanan terendah untuk pengesan kebocoran helium moden.
Oleh kerana pemalar grid untuk banyak pepejal adalah beberapa Å dan diameter molekul yang lebih kecil (H2, He) adalah sekitar 1 Å, penembusan yang wujud melalui pepejal dapat direkodkan secara metrologi menggunakan pengesan kebocoran helium. Ini telah membawa kepada pembangunan kebocoran ujian yang dikalibrasi dengan kadar kebocoran yang sangat kecil. Ini adalah "kekurangan ketegangan" yang boleh diukur tetapi bukan "kebocoran" dalam erti kata sebagai kecacatan pada bahan atau sambungan.
Korelasi antara diameter lubang dan kadar kebocoran, anggaran untuk udara
Rajah. 1: Korelasi antara diameter lubang dan kadar kebocoran, anggaran untuk udara
Korelasi antara kriteria ketegangan dan kadar kebocoran
Anggaran atau ukuran saiz atom, molekul, virus, bakteria, dan lain-lain. sering melahirkan istilah sehari-hari seperti "kalis air" atau "kalis bakteria".
| Konsep / kriteria | Komen | qL (mbar·l/s) | Saiz zarah yang relevan |
|---|---|---|---|
| Tahan air* | Titisan | < 10–2 | |
| Tahan wap | "Berkeringat" | < 10–3 | |
| Tahan bakteria* (kocci) (bentuk rod) |
< 10–4 | ∅ ≈ 1 μm |
|
| Tahan minyak | < 10–5 | ||
| Tahan virus* vaksin contohnya cacar (virus terkecil, bakteriofaj) (viroid, RNA) |
< 10–6 < 10–8 < 10–10 |
||
| Tahan gas | < 10–7 | ||
| Sangat ketat | Teknikal | < 10–10 |
Sebagai berbeza dengan wap, adalah perlu untuk membezakan antara pepejal hidrofilik dan hidrofobik. Ini juga berlaku kepada bakteria dan virus kerana mereka diangkut terutamanya dalam larutan.
Sifat dan had pengesanan kaedah pengesanan kebocoran yang sering digunakan:
Rajah. 2: Sifat dan had pengesanan kaedah pengesanan kebocoran yang sering digunakan.
Kadar kebocoran standard helium
Untuk definisi yang jelas mengenai kebocoran, diperlukan tekanan yang berlaku di kedua-dua sisi dinding (kapal) dan sifat medium yang melalui dinding tersebut (kelikatan, jisim molar). Bagi kes di mana ujian dijalankan dengan helium pada perbezaan tekanan 1 bar dari tekanan atmosfera (luar) ke vakum (p < 1 mbar, dalaman) yang sering ditemui dalam amalan, penamaan “kadar kebocoran standard helium” telah diperkenalkan dalam piawaian DIN EN 1330-8.
Untuk menunjukkan kadar penolakan bagi ujian menggunakan helium di bawah keadaan standard helium, adalah perlu untuk terlebih dahulu menukarkan keadaan ujian sebenar kepada keadaan standard helium. Beberapa contoh penukaran seperti ini ditunjukkan di sini:
Rajah. 3: Contoh untuk penukaran kadar kebocoran kepada kadar kebocoran standard helium
Formula penukaran
Mengenai penukaran tekanan dan jenis gas (kelikatan, jisim molar), perlu diperhatikan bahawa formula yang berbeza digunakan untuk aliran viskos laminar dan aliran molekul. Sempadan antara kawasan-kawasan ini sangat sukar untuk ditentukan. Sebagai garis panduan, yang berikut boleh dianggap: pada kadar kebocoran
qL > 10–4 mbar·l/s aliran viskos laminar
dan pada kadar kebocoran
qL < 10–6 mbar·l/s aliran molekul
Dalam julat pertengahan, pengeluar (yang bertanggungjawab di bawah syarat jaminan) mesti mengambil nilai yang selamat.
Indeks "I" dan "II" merujuk kepada nisbah tekanan yang satu atau yang lain dan indeks "1" dan "2" merujuk kepada bahagian dalam dan luar titik kebocoran, masing-masing. Untuk penggunaan formula yang munasabah, tekanan p1 mesti sentiasa menjadi tekanan yang lebih tinggi ( p1 > p2 ).
Jadual 2: Formula untuk penukaran tekanan dan jenis gas
p = tekanan, q = aliran gas (kadar kebocoran), η = kelikatan, M = jisim molar
| Aliran | Viskos laminar | Molekul |
| Tekanan | qI · (p12− p22)II = qII · (p12−p22)I |
qI · (p1−p2)II = qII · (p1−p2)I |
| Jenis gas | q GasA · η GasA = q GasB · η GasB | q GasA·(M GasA)1/2 = q GasB·(M GasB)1/2 |
Terma dan definisi
Apabila mencari kebocoran, seseorang umumnya perlu membezakan antara dua tugas: (1) mengesan kebocoran dan (2) mengukur kadar kebocoran.
Selain itu, kami membezakan, berdasarkan arah aliran bagi cecair, antara:
a. kaedah vakum (kadang-kadang dikenali sebagai "kebocoran luar-dalam"), di mana arah aliran adalah ke dalam objek ujian; tekanan di dalam objek ujian adalah kurang daripada tekanan ambien dan
b. kaedah tekanan positif (sering dirujuk sebagai "kebocoran dari dalam ke luar"), di mana aliran berlaku dari dalam objek ujian ke luar; tekanan di dalam objek ujian adalah lebih tinggi daripada tekanan persekitaran.
Objek ujian harus diperiksa dalam konfigurasi yang sesuai dengan aplikasi mereka yang akan datang, iaitu komponen untuk aplikasi vakum menggunakan kaedah vakum dan menggunakan kaedah tekanan positif untuk bahagian yang akan dikenakan tekanan dari dalam.
Apabila mengukur kadar kebocoran, kami membezakan antara mendaftar:
p. kebocoran individu (ukuran tempatan), Rajah. 4b dan 4d di bawah
dan mendaftar
b. jumlah semua kebocoran dalam objek ujian (pengukuran integral), Fig. 4a dan 4c di bawah.
Kadar kebocoran terkecil yang tidak lagi boleh diterima mengikut spesifikasi penerimaan dikenali sebagai kadar kebocoran penolakan. Pengiraannya berdasarkan syarat bahawa objek ujian tidak boleh gagal semasa tempoh penggunaan yang dirancang disebabkan oleh kecacatan yang disebabkan oleh kebocoran, dan ini dengan tahap kepastian tertentu.
Selalunya, bukan kadar kebocoran bagi objek ujian dalam keadaan operasi normal yang ditentukan, tetapi lebih kepada kadar aliran gas ujian dalam keadaan yang serupa. Nilai pengukuran yang dicapai perlu ditukarkan untuk sesuai dengan situasi aplikasi sebenar berkaitan dengan tekanan di dalam dan di luar objek ujian serta jenis gas (atau cecair) yang sedang dikendalikan.
Where a vacuum is present inside the test object (p < 1 mbar), atmospheric pressure outside, and helium is used at the test gas, one refers to standard helium conditions. Standard helium conditions are always present during helium leak detection for a vacuum system when the system is connected to a leak detector, if the system is pumped down to p less than 1 mbar and if it is sprayed with helium (spray technique) (see Fig. 4b).
Jika objek ujian dikosongkan hanya oleh pengesan kebocoran, maka seseorang akan mengatakan bahawa pengesan kebocoran beroperasi dalam mod aliran langsung pengesan kebocoran (LD). Jika objek ujian itu sendiri adalah sistem vakum lengkap dengan pam vakumnya sendiri dan jika pengesan kebocoran beroperasi selari dengan pam sistem, maka seseorang merujuk kepada mod aliran separa pengesan kebocoran. Seseorang juga merujuk kepada mod aliran separa apabila pam bantuan berasingan digunakan selari dengan pengesan kebocoran.
Apabila menggunakan kaedah tekanan positif, kadangkala adalah tidak praktikal atau sebenarnya mustahil untuk mengukur kadar kebocoran secara langsung walaupun ia pasti dapat dikesan dalam sampul yang mengandungi spesimen ujian. Pengukuran boleh dilakukan dengan menghubungkan sampul itu kepada pengesan kebocoran atau dengan pengumpulan (= meningkatkan kepekatan) gas ujian di dalam sampul (lihat Rajah. 4c). Ujian pengeboman adalah versi khas bagi ujian pengumpulan.
Dalam teknik sniffer yang disebut, satu lagi variasi teknik tekanan positif, gas (ujian) yang keluar dari kebocoran dikumpulkan (diekstrak) oleh alat khas dan disalurkan ke pengesan kebocoran (lihat Rajah. 4d). Prosedur ini boleh dilaksanakan menggunakan sama ada helium, hidrogen, bahan pendingin atau SF6 sebagai gas ujian.
Pilihan penggunaan untuk pengesan kebocoran vakum berdasarkan kaedah vakum (a, b) dan berdasarkan kaedah tekanan positif (c, d)
Rajah. 4: Pilihan penggunaan untuk pengesan kebocoran vakum berdasarkan kaedah vakum (a, b) dan berdasarkan kaedah tekanan positif (c, d)
| Kaedah vakum = Vakum di dalam spesimen | Kaedah tekanan positif = Gas ujian bertekanan di dalam spesimen |
| a: Ujian pengasingan (pengesanan kebocoran integral) | c: Ujian penghalang (pengesanan kebocoran integral) |
| b: Teknik semburan (pengesanan kebocoran tempatan) | d: Teknik Sniffer (pengesanan kebocoran tempatan) |
Asas Pengesanan Kebocoran
Muat turun e-Buku "Asas Pengesanan Kebocoran" untuk menemui asas dan teknik pengesanan kebocoran.
- Produk berkaitan
- Blog berkaitan
- Pengetahuan berkaitan
Pengetahuan berkaitan
