Bagaimana pengesan kebocoran aliran langsung dan aliran bertentangan berfungsi
Bergantung kepada cara gas dari objek ujian dibekalkan kepada spektrometer jisim, seseorang boleh membezakan antara dua jenis pengesan kebocoran helium:
- Pengesan kebocoran aliran terus
- Pengesan kebocoran aliran bertentangan
Rajah. 14: Perbandingan antara pengesan kebocoran aliran utama dan pengesan kebocoran aliran balas
Rajah di atas menunjukkan rajah vakum untuk dua jenis pengesan kebocoran. Dalam kedua-dua kes, spektrometer jisim dikosongkan oleh sistem pam vakum tinggi.
Pengesan kebocoran aliran langsung
Sekiranya pengesan kebocoran aliran langsung, gas yang akan diperiksa dibekalkan kepada spektrometer jisim melalui perangkap sejuk. Perangkap sejuk disejukkan dengan nitrogen cecair (LN2) dan pada dasarnya adalah pam kriogenik di mana semua wap dan pencemar lain mengembun. Dalam kes pam penyebaran, yang biasanya digunakan pada masa lalu, perangkap sejuk LN2 yang disejukkan adalah perlindungan yang berkesan untuk spektrometer jisim daripada wap minyak yang dikeluarkan dari pam penyebaran.
Pam bantu berfungsi untuk pra-evakuasi objek ujian dan saluran sambungan yang diperlukan. Untuk dapat menghubungkan sisi vakum tinggi dari pam vakum tinggi yang sedang beroperasi dengan objek ujian, pam tambahan mesti mengosongkan objek ujian ke tekanan di bawah 5·10–2 mbar. Hanya selepas itu, adalah mungkin untuk membuka injap antara pam tambahan dan perangkap sejuk. Pam vakum tinggi tidak boleh mengepam objek ujian, talian sambungan yang diperlukan dan spektrometer jisim ke tekanan di bawah 2·10–4 mbar. Selepas itu, spektrometer jisim mungkin mula beroperasi untuk mengesan kebocoran.
Bergantung kepada saiz kebocoran dalam objek ujian dan prestasi pam vakum yang digunakan, masa pam mungkin sangat lama. Sekiranya berlaku kebocoran yang sangat besar, nilai tekanan yang disebutkan di atas mungkin tidak akan dicapai sama sekali.
Pengesan kebocoran aliran bertentangan
Bahagian kanan Fig. 14 menunjukkan rajah untuk pengesan kebocoran aliran bertentangan. Seseorang segera mengenali perbezaan yang ketara dengan rajah pengesan kebocoran aliran langsung: Di sini, pam vakum tinggi hanya mengepam keluar spektrometer jisim (volume lebih kecil, kadar kebocoran yang sangat kecil) dan bukan objek ujian (volume besar, kadar kebocoran yang besar secara amnya).
Perlu diingat bahawa, dalam kes pengesan kebocoran aliran bertentangan, bekalan gas yang akan diperiksa dilakukan antara pam kasar dan pam vakum tinggi. Ini bermakna bahawa pam penggali dan pam tambahan mesti membawa objek ujian kepada tekanan di mana sisi penggali pam vakum tinggi yang sedang beroperasi boleh disambungkan kepada objek ujian. Dalam kes pengesan kebocoran aliran lawan hari ini, tekanan permulaan yang dipanggil ini adalah sebanyak beberapa milibar. Jika tekanan permulaan di inlet pengesan kebocoran dicapai, ia segera beralih ke mod pengukuran.
Tekanan gas ujian separa pFV, TG antara pam pengosongan dan pam vakum tinggi meningkat oleh gas ujian TG (TG = helium atau hidrogen) yang mengalir ke dalam pengesan kebocoran.
Apabila pam vakum tinggi beroperasi, tekanan gas ujian separa (pHV, TG) di sisi vakum tinggi pam adalah jauh lebih kecil daripada di sisi vakum awal pam (pFV, TG). Oleh itu, sejumlah gas ujian mengalir - menentang arah penghantaran pam vakum tinggi - dari sisi vakum awal ke sisi vakum tinggi pam vakum tinggi. Fenomena ini adalah sebab mengapa jenis pengesan kebocoran ini dirujuk sebagai "pengesan kebocoran aliran bertentangan".
Dalam keseimbangan, tekanan gas ujian separa berikut akan hadir di sisi vakum tinggi, iaitu antara pam vakum tinggi dan spektrometer jisim:
pHV, TG = pFV, TG/C0, TG
Dalam kes ini, C0, TG merujuk kepada pemampatan pam vakum tinggi untuk gas ujian TG pada aliran gas ujian sifar (aliran gas bersih gas ujian melalui pam vakum tinggi adalah sifar).
Pada masa kini, pam vakum tinggi dalam pengesan kebocoran aliran bertentangan sentiasa merupakan pam turbomolekul dengan tahap kompaun. Pam vakum tinggi jenis ini mempunyai konsistensi vakum awal yang tinggi (beberapa milibar) dan oleh itu membolehkan tekanan permulaan tinggi yang disebutkan di atas dalam julat milibar. Oleh itu, proses pengesanan kebocoran boleh dilakukan dengan lebih cepat berbanding dengan pengesan kebocoran yang menggunakan pam penyebaran minyak (konsistensi vakum awal pam penyebaran minyak ⋍ 5 ·10–1 mbar).
Pam turbomolekul mempunyai pemampatan yang sangat tinggi untuk gas berat (hidrokarbon, wap minyak). Oleh itu, yang berikut adalah terpakai: Berbeza dengan gas ujian ringan seperti helium dan hidrogen, zarah gas berat pada dasarnya tidak dapat mencapai spektrometer jisim. Pam turbomolekul adalah perlindungan yang optimum untuk spektrometer jisim dan menjadikan perangkap sejuk yang disejukkan dengan nitrogen cecair tidak lagi diperlukan.
Pengesan kebocoran aliran bertentangan dalam operasi aliran separa
Jika mengosongkan objek ujian ke tekanan permulaan yang diperlukan adalah mustahil atau mengambil masa terlalu lama disebabkan oleh saiz objek ujian atau kebocoran, pam tambahan (sistem pam tambahan) mesti digunakan selain daripada pengesan kebocoran.
Pengesan kebocoran akan beroperasi dalam konfigurasi aliran separa yang dipanggil. Oleh kerana pam tambahan biasanya mempunyai prestasi yang lebih tinggi daripada pam kasar yang diintegrasikan ke dalam pengesan kebocoran, jumlah gas ujian yang lebih besar akan mengalir melalui pam tambahan dan hanya sedikit jumlah gas ujian yang akan mengalir melalui pam kasar.
Walau bagaimanapun, tekanan gas ujian separa pada inlet pam kasar dan pada inlet pam tambahan pFV, TG akan adalah sama. Oleh itu, jumlah aliran gas ujian dari objek ujian adalah
qL = pFV, TG · (SRP, TG + SAP, TG)
dengan
- SRP, TG = kelajuan pam penghisap yang diintegrasikan ke dalam pengesan kebocoran untuk gas ujian dalam l/s
- SAP, TG = kelajuan pam tambahan untuk gas ujian dalam l/s
Ini adalah kadar kebocoran sebenar yang sepatutnya dipaparkan oleh pengesan kebocoran. Walau bagaimanapun, sistem elektronik pengesan kebocoran menghasilkan paparan berikut.
qL, paparan = pFV, TG · SRP, TG
Keputusan berikut adalah dari:
Kadar kebocoran qL, paparan yang dipaparkan oleh pengesan kebocoran sama dengan hasil darab kadar kebocoran sebenar qL dan nisbah aliran separa γ:
qL, paparan = qL · γ
γ = SRP, TG/(SRP, TG + SAP, TG)
Nisbah aliran separa dikira berdasarkan hubungan yang dinyatakan di atas.
Dalam praktiknya, sering kali masuk akal untuk menentukan nisbah aliran separa secara eksperimen. Untuk melakukan ini, seseorang memasang kebocoran kalibrasi dengan kadar kebocoran qL secara langsung di pengesan kebocoran (operasi tanpa pam tambahan). Pengesan kebocoran kemudian akan menunjukkan kadar kebocoran sebenar qL pengesan kebocoran pada paparan. Nilai qL mesti direkodkan. Kini, seseorang memasang kebocoran kalibrasi yang sama pada objek ujian, menghidupkan pam tambahan dan merekodkan petunjuk pada paparan pengesan kebocoran. Pengesan kebocoran kini menunjukkan qL, paparan. Nisbah aliran separa γ yang dicari akan terhasil daripada hasil bahagi qL, paparan dan qL:
γ = qL, paparan / qL (nisbah aliran separa)
Rajah. 15: Contoh penggunaan pengesan kebocoran dengan prinsip aliran separa
Sambungan kepada sistem vakum
Penghubungan pengesan kebocoran kepada sistem vakum dengan set pam vakum pelbagai peringkat biasanya dilakukan melalui kaedah aliran separa. Apabila mempertimbangkan di mana untuk membuat sambungan dengan terbaik, perlu diingat bahawa pengesan kebocoran biasanya adalah unit kecil dan mudah alih yang hanya mempunyai kelajuan pam yang rendah pada flang sambungan (biasanya dengan SRP, TG ⋍ 2 m3/j). Ini menjadikannya lebih penting untuk menganggarkan - berdasarkan nisbah aliran separa yang dijangkakan berbanding dengan pam penyebaran dengan kelajuan pam SAP, TG = 10,000 l/s = 36,000 m3/j sebagai contoh - kadar kebocoran yang boleh dikesan.
Dalam sistem dengan vakum tinggi dan pam roots, pilihan yang paling pasti adalah menyambungkan pengesan kebocoran antara pam bilah putar dan pam roots atau antara pam roots dan pam vakum tinggi. Jika tekanan di sana lebih tinggi daripada tekanan masuk yang dibenarkan untuk pengesan kebocoran, maka pengesan kebocoran perlu disambungkan melalui injap pengukur (kebocoran boleh ubah). Secara semula jadi, seseorang perlu mempunyai flang penyambung yang sesuai.
Adalah juga disarankan untuk memasang injap di titik ini dari awal supaya, apabila diperlukan, pengesan kebocoran dapat disambungkan dengan cepat (dengan sistem beroperasi) dan pengesanan kebocoran dapat dimulakan dengan segera selepas injap dibuka. Untuk mengelakkan injap ini dibuka secara tidak sengaja, ia harus ditutup dengan flang kosong semasa operasi sistem vakum biasa.
Kaedah lain untuk menyambungkan pengesan kebocoran ke sistem vakum yang lebih besar adalah dengan memasukkan alat pengesan ke dalam saluran keluar sisi atmosfera sistem. Seseorang kemudian menghidu peningkatan dalam kepekatan gas ujian di dalam asap.
- SLD = SR, Dia
kelajuan pam penghisap yang dibina ke dalam pengesan kebocoran untuk helium dalam l/s di titik percabangan - SAP = SAP, Dia
kelajuan pam tambahan untuk helium dalam l/s di titik percabangan
Pemalar masa
Pemalar masa untuk sistem vakum diberikan oleh:
t = Vch / Seff
- Vch = Isipadu kapal dalam l
- Seff = Kelajuan pam berkesan untuk gas ujian di dalam bekas dalam l/s
Rajah. 16: Tindak balas isyarat dan kelajuan pam
Rajah. 16 di atas menunjukkan laluan isyarat selepas menyembur kebocoran dalam objek ujian yang dilampirkan pada pengesan kebocoran, untuk 2 konfigurasi yang berbeza:
- Objek ujian (volume Vch) disambungkan terus kepada pengesan kebocoran LD (kelajuan pam berkesan untuk gas ujian = SLD).
- Sebagai tambahan kepada 1, sebuah pam tambahan ( = pam aliran separa) dengan kelajuan pam berkesan yang sama SAP = SLD disambungkan kepada objek ujian.
Dua lengkung isyarat yang sepadan ditunjukkan pada rajah. 16:
Lengkung 1: Selepas "masa mati" t0, isyarat yang berkadar dengan tekanan gas ujian separa pTG meningkat dari semasa ke semasa t mengikut hubungan
pTG = (qL/Seff) · { 1 − exp[ − (t − t0)/τ
Selepas satu tempoh tertentu, isyarat mencapai sebahagian daripada nilai akhirnya.
- t − t0 = 1 τ 63,3 % daripada nilai akhir
- t − t0 = 3 τ 95,0 % daripada nilai akhir
- t − t0 = 6 τ 99,8 % daripada nilai akhir
Nilai akhir isyarat adalah sebanding dengan pTG = qL/Seff kerana terma eksponen akan hilang untuk t - t0 >> τ.
Tempoh masa t - t0 yang diperlukan untuk mencapai 95% daripada nilai akhir dikenali sebagai masa respons. Ini diberikan oleh 3 τ.
Ini memberikan hasil berikut untuk lengkung 1: Nilai akhir isyarat adalah berkadar dengan pTG = qL/Seff = qL/SLD = p1
Masa tindak balas = 3 τ = 3 Vch/Seff = 3 Vch/SLD = τ1
Yang berikut terpakai untuk lengkung 2 ( = operasi aliran separa): Nilai akhir isyarat adalah berkadar dengan pTG = qL/Seff = qL /(SLD + SAP) = 0,5 · p1
Masa respons = 3 τ = 3 Vch/Seff = 3 Vch/(SLD + SAP) = 0,5 · τ1
Disebabkan pemasangan pam tambahan (= pam aliran separa), masa tindak balas akan sentiasa dipendekkan dan nilai akhir isyarat akan sentiasa berkurangan. Dalam contoh di atas, masa respons dipotong separuh tetapi nilai akhir isyarat juga dipotong separuh.
Masa respons yang pendek bermakna perubahan dan paparan isyarat yang cepat. Ini memberikan kelebihan bahawa perbelanjaan masa yang diperlukan untuk pengesanan kebocoran dapat dikurangkan dengan ketara. Kekurangan yang berakibat bahawa nilai akhir isyarat adalah lebih kecil, dalam kebanyakan kes, tidak mengakibatkan sebarang masalah yang serius disebabkan oleh kepekaan yang sangat tinggi pada pengesan kebocoran hari ini.
Kesimpulan: Operasi aliran separa mengurangkan perbelanjaan masa untuk pengesanan kebocoran!
Anggaran bagi pemalar masa keseluruhan untuk beberapa volume yang disambungkan satu demi satu dan kepada pam yang berkaitan boleh dibuat dalam anggaran awal dengan menambah pemalar masa individu.
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
