Helyum kullanarak vakum kaçaklarını bulmanın dört yolu 6 Şubat 2019
İçindekiler
- Düşük vakum seviyelerinde vakum kaçaklarının tespit edilmesi
- Sızıntıları tespit etmek için neden helyum kullanılır?
- Helyum kaçağı tespiti nasıl çalışır?
- Vakum kaçak oranlarını nasıl hesaplarsınız?
- Vakum kaçağı tespit yöntemleri
- Hangi helyum kaçağı tespiti (HLD) yöntemleri vardır?
- Helyum sızıntı dedektörlerinin standart sızıntı oranları
- Helyum sızıntı dedektörleri kullanırken karşılaşılan zorluklar
Elbette bu aşırı bir durumdur, ancak vakum basınçları gittikçe azaldıkça, görünüşte en güvenli ve en saf sistemler bile kısa sürede sızdırmazlıktan daha az olduğunu gösterecektir.
Sızdırmazlık (veya "sızıntı olmaması"), basınç/vakumu sağlamak ve korumak, ürün güvenliği, çevre standartları ve proses verimliliği gibi çeşitli nedenlerle gereklidir. Sızıntı teknolojisinin incelenmeye değer iki yönü vardır: sızıntı tespiti ve sızıntı ölçümü.
Düşük vakum seviyelerinde vakum kaçaklarının tespit edilmesi
Farklı vakum prosesleri ve uygulamaları farklı sızıntı oranı gereksinimleri gerektirir. Aslında, daha düşük bir vakum seviyesinde kabul edilebilir olan, daha yüksek bir vakum seviyesinde tamamen kabul edilemez (ve kesinlikle son derece tehlikeli) olarak kabul edilir. 1x10-6 mbar*l/sn'den küçük kaçakları tespit etmenin tek güvenilir yöntemi bir helyum kaçak dedektörüdür. 1x10-12 mbar*l/sn için kaçak çapı (1Å'a eşittir) aynı zamanda bir helyum molekülünün çapıdır ve tespit edilebilen en küçük kaçak oranıdır.
Sızıntıları tespit etmek için neden helyum kullanılır?
Helyum, kaçakları tespit etmek için çeşitli nedenlerle izleyici gaz olarak kullanılır. Bunlar arasında, arka plan seviyelerinin çok düşük olması için havada yalnızca ~ 5 ppm oluşturması da yer alır. Helyum aynı zamanda nispeten düşük kütleye sahiptir, bu nedenle 'hareketli'dir ve tamamen inert/reaktif değildir. Helyum aynı zamanda yanıcı değildir ve genel olarak yaygın olarak mevcuttur ve düşük maliyetlidir.
Helyum ile bu ilişki, en doğru ve hızlı kaçak tespit yöntemlerinden birinin izleyici gaz olarak helyum ve analiz/ölçüm için bir kütle spektrometresi kullanmasının nedenlerinden biridir. Ayrıca, hafif, çok hızlı ve kesinlikle zararsız olduğu için izleyici gaz olarak helyum seçilmiştir.
Helyum kaçağı tespiti nasıl çalışır?
Helyum tespiti aşağıdaki şekilde çalışır: kontrol edilen ünite ya içeriden basınçlandırılır ya da helyum olmadan basınçlandırılır. Herhangi bir potansiyel kaçaktan gelen gaz toplanır ve analiz için kütle spektrometresine pompalanır ve helyumun arka plan izinin üzerindeki herhangi bir değer bir kaçağın kanıtıdır. Spektrometrenin kendisi aşağıdaki şekilde çalışır: Spektrometreye emilen tüm helyum molekülleri iyonlaştırılır ve bu helyum iyonları daha sonra iyon akımının analiz edildiği ve kaydedildiği iyon kapanına "uçar". İyonizasyon akımına dayanarak kaçak oranı hesaplanır.
Helyum için referans (veya arka plan) okuması işlemin önemli bir parçasıdır. Bu referans okuması, helyum için "arka plan gürültüsü" sağlar ve bu, helyum ortam seviyesi olarak düşünülebilir. Bu arka plan helyumunun çoğu 100 ila 150 mikro katmanlı gaz moleküllerinde bulunur ve sızıntı dedektöründe, pompalarda, test parçasında vb. bulunan kalıcı bir gazdır (havada bulunur). Bu yüzey helyumunun çıkarılmasına "gazdan arındırma" adı verilir ve tüm gaz pompalandığında, moleküller metalin iç yüzeyinden "soğurulduktan" sonra başlar. Bu desorpsiyon yaklaşık 10-1 mbar'lık bir basınçta başlar. Basıncı düşürerek veya hazne yüzeyini ısıtarak bu tür bir gaz giderme alışılmadık bir durum değildir, ancak bu durumda bile yüzeylerdeki tüm gazı tamamen ortadan kaldırmaz. Yüzey helyumuna ek olarak, "bekleme" helyumu da sünger gibi davranan O-ringlerde bulunur ve aynı zamanda ünitenin ne kadar temiz olduğunun iyi bir göstergesidir. Modern helyum sızıntı dedektörleri bu dahili (arka plan) seviyesini sürekli olarak ölçebilir ve hesaplayabilir ve bunu otomatik olarak sızıntı oranı ölçümünden çıkarabilir.
Vakum kaçak oranlarını nasıl hesaplarsınız?
Gazlar için kaçak oranını hesaplayabilmek için basınç, bir gaz kaçağının boyutunu belirlemede önemli bir rol oynar). Sızıntı oranı, zaman başına belirli bir basınç farkında malzemeden/membrandan geçen gaz miktarıdır. Sızıntı oranı hesaplamalarının temeli şunlardır: Sızıntının çapı daireseldir ve sızıntı kanalı, sızıntının "geçtiği" malzemenin kalınlığına eşittir. Sızıntı oranı = gaz miktarı/süre = basınç x hacim/süre ve mbar*l/sn veya eşdeğer birimlerle ölçülür.
Vakum kaçağı tespit yöntemleri
Kabaca incelenen basınca/vakuma dayanan bir dizi kaçak tespit yöntemi vardır (hangisinin kullanılacağı). En basiti, delinmiş bir bisiklet pompasını suyun altına koyarak ve kabarcıkların nereden geldiğini işaretleyerek veya aktif bir su/gaz borusunun bağlantısının etrafına bulaşık deterjanı koyarak ve sıvının köpük oluşturup oluşturmadığını gözlemleyerek gösterilen kabarcık testidir. Her ikisi de düşük basınç sızıntısını tespit etmenin güvenilir yollarıdır. Kabarcık testi 10-4 mbar'lık vakumlara kadar uygulanır.
Basınç düşüşü testi tam olarak şudur: hazne basınçlandırılır ve basınç düşüşü gözlemlenir ve kaydedilir. Basınç düşüş testi 10-3 mbar'a kadar kullanılır. Basınç artışı testi ters yönde çalışır. Hazne içindeki basınç artar ve giriş basıncı okumasına göre basıncı sürdürme kapasitesi gözlenir. Basınç artışı testi 10-6 mbar*l/sn'ye kadar kullanılır.
Ancak, yüksek vakum aralıklarında en zorlu kaçak tespit prosedürleri olan helyum "entegral" modu (10-12 mbar*l/sn'ye kadar doğruluk) ve helyum "sniffer" testi (10-7 mbar*l/sn'ye kadar doğruluk).
Hangi helyum kaçağı tespiti (HLD) yöntemleri vardır?
Helyum kaçağı tespiti (HLD) için iki yöntem vardır: entegre test veya lokal test. Kullanılacak yöntemin seçimi duruma ve nihai ürünün ne için kullanılacağına bağlıdır. "Entegral" yöntemi bir kaçak olup olmadığını gösterir (ancak kaç farklı kaçak olduğunu göstermez), "lokal" yöntemi kaçağın nerede olduğunu gösterir (ancak kaçak oranının / kaçak boyutunun tam olarak belirlenmesi zordur). Bu algılama metotlarının her ikisi de iki ayrı bölüme ayrılabilir: "basınç altında numune" ve "vakum altında numune".
İki entegre test prosedüründen birincisine "integral (basınç altındaki numune)" yöntemi denir. Bu yöntemde incelenen hazne kapalı bir kaba yerleştirilir. Hazne helyum ile basınçlandırılır ve hazne sızıntı dedektörüne bağlanır. Bir sızıntı olması durumunda, kabın içinden bir gaz örneği alınır ve helyum seviyelerindeki herhangi bir artışın (arka plan okuması üzerinde) kaydedildiği bir kütle spektrometresinden geçer.
Şekil 2: Helyum ile entegre test (basınç altındaki numune).
- Vakum haznesi
- Basınç altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
- Pompalama kademesi*
*sadece büyük hazne hacimleri için gereklidir
"Entegre test (vakum altında numune)" yönteminde, hazne tekrar bir kap içine yerleştirilir ancak bu durumda kap helyumla basınçlandırılır ve test haznesi doğrudan sızıntı dedektörüne bağlanır. Hazne içindeki gazın bir örneği alınır ve bir kütle spektrometresinden geçer, burada da arka plan okumasından gelen herhangi bir helyum artışı kaydedilir.
Şekil 3: Helyum ile entegre test (vakum altında örnek).
- Basınç odası
- Basınç altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
- Pompalama kademesi*
*sadece büyük hazne hacimleri için gereklidir
İkinci prosedür çiftine bazen "havlama" ve "püskürtme" testleri denir. "Lokal karıştırıcı (basınç altındaki örnek)" yönteminde, hazne helyum ile basınçlandırılır ve herhangi bir kaçak gazı emmek için haznenin olası sızıntı noktalarının (kaynaklar, flanşlar, portallar, cihaz kanalları vb.) etrafından bir karıştırıcı cihazı geçirilir. Bu "keskinleştirilmiş" gaz, yükselmiş (yani arka planın üzerinde) helyum seviyelerini kaydetmek için bir kütle spektrometresine iletilir.
Şekil 4: Helyum ile lokal test (basınç altındaki örnek).
- Sniffer
- Basınç altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
"Lokal püskürtme (vakum altında örnek)" yönteminde, hazne vakumla pompalanır ve helyum gazı, bu saf helyumun bir kısmının hazneye emileceği amacıyla olası sızıntı noktalarına doğru bolca püskürtülür/yönlendirilir. Haznenin içinden gelen gaz, herhangi bir yüksek helyum seviyesini kaydetmek için bir spektrometreye iletilir.
Şekil 5: Helyum ile lokal test (vakum altında örnek).
- Gaz püskürtücüyü test edin
- Vakum altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
- Pompalama kademesi*
*sadece büyük test numunesi hacimleri için gereklidir
Bu iki HLD prosedürü türü arasındaki farkları özetlemek ve basitleştirmek için: entegre yöntem, haznenin gaz geçirmez bir ünitenin içine yerleştirilmesini gerektirir (her zaman mümkün değildir), yerel test yönteminde ise hazne içten helyum ile basınçlandırılır veya haznenin yüzeyine olası sızıntı noktalarında cömertçe püskürtülen helyum ile içten vakumlanır. Her iki testte de helyum, olası kaçaklar aracılığıyla kaçak dedektörüne girer ve analiz için spektrometreye geçer.
Helyum sızıntı dedektörlerinin standart sızıntı oranları
Sızıntı dedektörleri ve sızıntı tespiti ile ilgili çeşitli standartlar vardır. Bunlardan biri olan DIN EN 1330-8, bir sızıntı testinin helyum ile 1 bar dış atmosferik basınç ile < 1 mbar iç basınç arasındaki bir basınç farkında gerçekleştirildiği durumlarda kullanım için "helyum standart sızıntı oranını" belirtir (bu, pratikte yaygın koşullardır).
Kaçak oranının SI birimi nedir?
Ölçülen kaçak oranının SI birimi Pa.m3.s-1'dir. Basınç SI birimi Pascal'dır (Pa), burada 100 Pa = 1 mbar = 1 hPa'dır. Sızıntı oranı için yaygın olarak kullanılan bir birim mbar.l.s-1'dir.
Kaçak oranı testi nedir?
Kaçak oranı testi, vakum haznesine kaçan hava miktarının oranını belirlemek için kullanılır. Kabul edilebilir kaçak oranı uygulamanın kendi ihtiyaçlarına göre belirlenir.
Çevre ve güvenlik standartları, üreticilerin üretim/kalite onay sürecinin bir parçası olarak sızıntı testi yaparak ürünlerinin sızdırmazlığını garanti etmesini gerektirir. Standart helyum koşulları altında helyum kullanan bir test için reddetme oranını belirtmek için, kullanılan gerçek test koşullarının helyum standart koşullarına dönüştürülmesi gerekir; bu dönüştürmeler için standart formüller mevcuttur.
Bir vakum sistemi bir sızıntı dedektörüne bağlandığında, helyum sızıntısı tespiti sırasında standart helyum koşulları mevcut olmalıdır. Sızıntı testleri yapmak için helyum kullanılması, ölçebilen ve sürekli olarak izlenebilen güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlar.
Helyum sızıntı dedektörleri kullanırken karşılaşılan zorluklar
Helyum kullanılarak küçük kaçakların tespit edilmesiyle ilişkili belirli zorlukların olduğu bilinmelidir. HLD'ler son derece hassastır ve çevredeki veya sıkışan helyum, kaçak tespitinin ve kaçak ölçümünün doğruluğunu kolayca etkileyebilir. Sızıntı dedektörünün kendisi sızdırmaz bir ünite değildir, bu nedenle doğru okumalar elde etmek için helyum temizliği yapılmış bir ortam çok önemlidir. Ayrıca, çok küçük sızıntılar için, sonuçları kolayca değiştirebilecekleri için harici faktörleri kontrol etmek önemlidir. Son olarak, ortam helyumu egzoz ve havalandırma portları üzerinden sisteme girebilir ve O-ringler aracılığıyla sızabilir.
Sızıntı Tespiti Temelleri
Sızıntı tespitinin temellerini ve tekniklerini keşfetmek için "Sızıntı Tespiti Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin.
- Daha Fazla Bilgi Edinin
- İlgili bloglar
- İlgili ürünler
Daha Fazla Bilgi Edinin
İlgili bloglar
İlgili ürünler
