Máy phát hiện rò rỉ dòng chảy trực tiếp và ngược dòng hoạt động như thế nào

Phần bên phải của Hình 14 minh họa sơ đồ cho bộ phát hiện rò rỉ dòng ngược. Người ta ngay lập tức nhận ra sự khác biệt đáng kể so với sơ đồ của máy dò rò rỉ dòng chảy trực tiếp: Ở đây, bơm chân không cao chỉ hút khí ra khỏi máy đo quang phổ khối lượng (thể tích nhỏ hơn, tỷ lệ rò rỉ rất nhỏ) và không phải đối tượng kiểm tra (thể tích lớn, tỷ lệ rò rỉ lớn nói chung).

Cần lưu ý rằng trong trường hợp máy dò rò rỉ dòng ngược, việc cung cấp khí cần kiểm tra được thực hiện giữa bơm thô và bơm chân không cao. Điều này có nghĩa là bơm thô và bơm phụ phải đưa đối tượng kiểm tra đến áp suất mà ở đó phía thô của bơm chân không cao đang chạy có thể được kết nối với đối tượng kiểm tra. Trong trường hợp máy dò rò rỉ dòng ngược hiện nay, cái gọi là áp suất khởi động này là vài milibar. Nếu đạt đến áp suất khởi động ở đầu vào của máy phát hiện rò rỉ, máy sẽ chuyển sang chế độ đo ngay lập tức.

Áp suất khí kiểm tra một phần p _{FV, TG} giữa bơm thô và bơm chân không cao được tăng lên bởi khí kiểm tra TG (TG = heli hoặc hydro) chảy vào bộ phát hiện rò rỉ.

Khi bơm chân không cao đang chạy, áp suất khí kiểm tra một phần (p _{HV, TG} ) ở phía chân không cao của bơm nhỏ hơn đáng kể so với phía chân không sơ bộ của bơm (p _{FV, TG} ). Do đó, một lượng khí kiểm tra nhất định sẽ chảy - ngược với hướng phân phối của bơm chân không cao - từ phía chân không sơ bộ đến phía chân không cao của bơm chân không cao. Hiện tượng này là lý do tại sao loại máy dò rò rỉ này được gọi là máy dò rò rỉ dòng ngược".

Trong trạng thái cân bằng, áp suất khí kiểm tra một phần sau đây sẽ xuất hiện ở phía chân không cao, tức là giữa bơm chân không cao và máy đo quang phổ khối:

Nếu không thể xả đối tượng kiểm tra đến áp suất khởi động yêu cầu hoặc mất quá nhiều thời gian do kích thước của đối tượng kiểm tra hoặc rò rỉ, phải sử dụng bơm phụ trợ (hệ thống bơm phụ trợ) ngoài máy phát hiện rò rỉ.

Máy phát hiện rò rỉ sau đó sẽ được vận hành trong cấu hình được gọi là lưu lượng một phần. Vì bơm phụ thường có hiệu suất cao hơn bơm thô được tích hợp vào bộ phát hiện rò rỉ, nên lượng khí kiểm tra lớn hơn sẽ chảy qua bơm phụ và chỉ một lượng khí kiểm tra nhỏ sẽ chảy qua bơm thô.

Tuy nhiên, áp suất khí kiểm tra một phần tại cổng nạp của bơm thô và tại cổng nạp của bơm phụ p _{FV, TG} sẽ giống nhau. Do đó, tổng lưu lượng khí kiểm tra từ đối tượng kiểm tra là

với

• S _{RP, TG} = tốc độ bơm của bơm thô được tích hợp vào bộ phát hiện rò rỉ cho khí kiểm tra theo l/giây
• S _{AP, TG} = tốc độ bơm của bơm phụ trợ cho khí kiểm tra tính bằng l/giây

Đây là tỷ lệ rò rỉ thực tế mà bộ phát hiện rò rỉ được thiết kế để hiển thị. Tuy nhiên, hệ thống điện tử của thiết bị phát hiện rò rỉ sẽ tạo ra màn hình sau

Kết quả sau đây từ:

Tỷ lệ rò rỉ q _{L, hiển thị} được hiển thị bởi máy dò rò rỉ bằng sản phẩm của tỷ lệ rò rỉ thực tế q_L và tỷ lệ lưu lượng một phần γ:

Tỷ lệ lưu lượng một phần được tính bằng cách sử dụng mối quan hệ nêu trên.

Trong thực tế, việc xác định tỷ lệ dòng chảy một phần theo phương pháp thí nghiệm thường có ý nghĩa. Để làm điều này, một rò rỉ hiệu chuẩn với tỷ lệ rò rỉ q_L được lắp đặt trực tiếp tại bộ phát hiện rò rỉ (vận hành không có bơm phụ trợ). Sau đó, bộ phát hiện rò rỉ sẽ hiển thị tỷ lệ rò rỉ thực tế qL của bộ phát hiện rò rỉ trên màn hình. Giá trị q_L phải được ghi lại. Bây giờ, lắp đặt rò rỉ hiệu chuẩn tương tự tại đối tượng kiểm tra, vận hành bơm phụ trợ và ghi lại chỉ báo trên màn hình của máy dò rò rỉ. Bộ phát hiện rò rỉ hiện chỉ báo q_L, hiển thị. Tỷ lệ dòng chảy một phần γ được tìm kiếm sau đó sẽ là kết quả của tỷ lệ q _{L, hiển thị} và q_L:

Hằng số thời gian cho hệ thống chân không được cung cấp bởi:

Hình 16 ở trên thể hiện đường đi của tín hiệu sau khi phun rò rỉ vào một đối tượng kiểm tra được gắn vào máy dò rò rỉ, cho 2 cấu hình khác nhau:

1. Đối tượng kiểm tra (thể tích V_ch ) được kết nối trực tiếp với bộ phát hiện rò rỉ LD (tốc độ bơm hiệu quả cho khí kiểm tra = S_LD ).
2. Ngoài 1, một bơm phụ trợ ( = bơm lưu lượng một phần) với cùng tốc độ bơm hiệu quả S_AP = S_LD được kết nối với đối tượng kiểm tra.

Hai đường cong tín hiệu tương ứng được minh họa trong hình. 16:

Đường cong 1: Sau "thời gian chết" t₀ tín hiệu tỷ lệ thuận với áp suất khí kiểm tra một phần p_TG tăng theo thời gian t theo mối quan hệ

Sau một khoảng thời gian nhất định, tín hiệu đạt đến một phần giá trị cuối cùng

• t − t₀ = 1 τ 63,3% giá trị cuối cùng
• t − t₀ = 3 τ 95,0 % giá trị cuối
• t − t₀ = 6 τ 99,8% giá trị cuối cùng

Giá trị cuối của tín hiệu tỷ lệ với p_TG = q_L /S _eff vì thuật ngữ mũ sẽ biến mất cho t - t₀ >> τ.

Khoảng thời gian t - t₀ cần thiết để đạt đến 95% giá trị cuối cùng được gọi là thời gian phản hồi. Điều này được cho bởi 3 τ.

Điều này cung cấp kết quả sau cho đường cong 1: Giá trị cuối cùng của tín hiệu tỷ lệ thuận với p_TG = q_L /S _eff = q_L /S_LD = p₁

Thời gian đáp ứng = 3 τ = 3 V_ch /S _eff = 3 V_ch /S_LD = τ₁

Điều sau áp dụng cho đường cong 2 ( = hoạt động một phần dòng): Giá trị cuối cùng của tín hiệu tỷ lệ thuận với p_TG = q_L /S _eff = q_L /(S_LD + S_AP ) = 0,5 · p₁

Thời gian đáp ứng = 3 τ = 3 V_ch /S _eff = 3 V_ch /(S_LD + S_AP ) = 0,5 · τ₁

Do lắp đặt bơm phụ trợ ( = bơm lưu lượng một phần), thời gian phản hồi sẽ luôn rút ngắn và giá trị cuối cùng của tín hiệu sẽ luôn giảm. Trong ví dụ trên, thời gian phản hồi giảm một nửa nhưng giá trị cuối cùng của tín hiệu cũng giảm một nửa.

Thời gian phản hồi ngắn có nghĩa là tín hiệu sẽ thay đổi và hiển thị nhanh chóng. Điều này mang lại lợi thế là thời gian cần thiết để phát hiện rò rỉ có thể được giảm đáng kể. Hậu quả là giá trị cuối cùng của tín hiệu nhỏ hơn, trong hầu hết các trường hợp, không gây ra bất kỳ vấn đề nghiêm trọng nào do độ nhạy rất cao của máy dò rò rỉ hiện nay.

Kết luận: Vận hành dòng chảy một phần giúp giảm thời gian phát hiện rò rỉ!

Có thể ước tính hằng số thời gian tổng thể cho một số thể tích được kết nối với nhau và với các bơm liên quan bằng cách thêm các hằng số thời gian riêng lẻ.