Comment détecter une fuite à l'aide de tests de pression différentielle

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Méthodes de détection de fuites sans détecteur de fuites

La différenciation la plus judicieuse entre les différentes méthodes de test utilisées consiste à déterminer si un équipement de détection de fuites spécial est utilisé ou non.

Dans le cas le plus simple, une fuite peut être déterminée qualitativement et, en utilisant certaines techniques de test, également quantitativement (il s'agit du taux de fuite) sans l'aide d'un détecteur de fuites spécial. Ainsi, la quantité d'eau qui s'écoule d'un robinet qui fuit peut être déterminée, pendant un certain temps, à l'aide d'un cylindre gradué, mais on peut difficilement parler d'appareil de détection de fuites. Dans les cas où le taux de fuite peut être déterminé, dans le cadre de la recherche de fuites, sans utiliser de détecteur de fuites (reportez-vous au test d'augmentation de la pression ci-dessous), il est souvent converti en débit de fuite d'hélium standard. Cette valeur de taux de fuite standard est souvent nécessaire lors de l'émission de certificats d'acceptation, mais peut également être utile pour comparer les valeurs de taux de fuite déterminées par les dispositifs de détection de fuites à l'hélium.

Malgré l'inspection minutieuse des différents composants techniques, des fuites peuvent également être présentes dans un appareil après son assemblage, que ce soit en raison de joints mal positionnés ou de surfaces d'étanchéité endommagées. Les procédés utilisés pour examiner un appareil dépendent de l'importance des fuites et du degré d'étanchéité visé, ainsi que du fait que l'appareil soit fabriqué en métal, en verre ou dans d'autres matériaux. Quelques techniques de détection de fuites sont présentées ci-dessous. Elles seront choisies en fonction des situations d'application particulières, les facteurs économiques pouvant jouer un rôle important.

Test d'augmentation de la pression

Cette méthode de test de fuites tire parti du fait qu'une fuite permet à une quantité de gaz, qui reste uniforme pendant une certaine période, de pénétrer dans un dispositif suffisamment évacué (débit de gaz entravé, voir Fig. 1.1). En revanche, la quantité de gaz libérée par les parois du conteneur et par les matériaux utilisés aux fins de l'étanchéité (si ceux-ci ne sont pas suffisamment exempts de dégazage) diminue au fil du temps, car il s'agit pratiquement toujours de vapeurs condensables pour lesquelles une pression d'équilibre est atteinte à un moment donné (voir Fig. 5.5). La vanne à l'extrémité de la pompe du réservoir de vide sera fermée en préparation des mesures d'augmentation de la pression. On mesure alors le temps pendant lequel la pression augmente d'une certaine quantité (d'une puissance de dix, par exemple). La vanne est à nouveau ouverte et la pompe fonctionne à nouveau pendant un certain temps, après quoi le procédé est répété. Si le temps indiqué pour cette même augmentation de la pression reste constant, une fuite est présente, en supposant que la période d'attente entre les deux tests d'augmentation de la pression était suffisamment longue. La durée d'une période d'attente appropriée dépend de la nature et de la taille de l'appareil. Si l'augmentation de la pression est plus modérée au cours de la deuxième phase, on peut supposer qu'elle est due aux gaz libérés par les surfaces internes du réservoir.

Fig. 1.1 Représentation schématique de la mise à l'air d'un réservoir sous vide.

1 - Débit de gaz qm étranglé = constant (valeur maximale)
2 - Débit de gaz non entravé, qm chute à Δp = 0

Fig. 5.5 Augmentation de la pression dans un réservoir après l'arrêt de la pompe.

Fuite
Dégagement de gaz depuis les parois du conteneur
Fuite + dégagement de gaz

On peut également tenter de différencier les fuites et la contamination en interprétant la courbe représentant l'augmentation de la pression. Tracée sur un graphique avec des échelles linéaires, la courbe d'augmentation de la pression doit être une ligne droite en cas de fuite, même à des pressions plus élevées. Si l'augmentation de la pression est due à la libération de gaz depuis les parois (en raison d'une contamination), elle se réduit progressivement et s'approche d'une valeur finale stable. Dans la plupart des cas, les deux phénomènes se produisent simultanément, de sorte que la distinction des deux causes est souvent difficile, voire impossible. Ces relations sont représentées schématiquement sur la figure 5.5. Une fois qu'il est clair que l'augmentation de la pression est due uniquement à une fuite réelle, le taux de fuite peut être déterminé quantitativement à partir de l'augmentation de la pression tracée par rapport au temps, conformément à l'équation suivante :

(5.3)

Exemple :

Une fois que le réservoir de vide d'un volume de 20 l (4 gallons) a été isolé de la pompe, la pression dans l'appareil passe de 1 · 10^-4 mbar à 1 · 10^-3 mbar en 300 s. Ainsi, conformément à l'équation 5.2, le taux de fuite sera de

Le taux de fuite, exprimé en tant que débit massique Δm / Δt, est dérivé de l'équation 5.1 pour Q_L = 6 · 10^-5 mbar · l/s, T = 20 °C (68 °F) et la masse molaire de l'air (M = 29 g/mole) à

Si le conteneur est évacué à l'aide d'une pompe turbomoléculaire TURBOVAC 50, par exemple (S = 50 l/s), qui est reliée au réservoir de vide au moyen d'une vanne d'arrêt, on peut s'attendre à une vitesse de pompage effective d'environ S_eff = 30 l/s. Ainsi, la pression limite sera de

Bien entendu, il est possible d'améliorer cette pression limite, si elle est insuffisante, en utilisant une pompe de plus grande capacité (par exemple, la pompe TURBOVAC 151) et, en même temps, de réduire le temps de pompage nécessaire pour atteindre la pression limite.

Aujourd'hui, les tests de fuites des systèmes de vide sont généralement effectués avec des détecteurs de fuites à l'hélium et en suivant la méthode du vide (consultez la page dédiée à la détection de fuites de vide locale). L'appareil est évacué et un gaz de test est pulvérisé à l'extérieur. Dans ce cas, il doit être possible de détecter (sur la base d'échantillons à l'intérieur de l'appareil) le gaz de test qui a traversé les fuites et qui a pénétré dans l'appareil. Une autre option consiste à utiliser le test de fuites à pression positive. Un gaz de test (hélium) est utilisé pour remplir l'appareil à inspecter et pour créer une légère pression positive ; le gaz de test passe à l'extérieur par les fuites et est détecté à l'extérieur de l'appareil. Les fuites sont localisées à l'aide de sprays anti-fuites (ou de savon) ou, si l'on utilise du He ou du H2 en tant que gaz de test, à l'aide d'un détecteur de fuites et d'un renifleur.

Test de chute de la pression

Ici, le raisonnement est analogue à celui de la méthode d'augmentation de la pression présentée ci-dessus. Cette méthode n'est toutefois que rarement utilisée pour vérifier l'étanchéité des systèmes de vide. Si elle est néanmoins utilisée, la pression de la jauge ne doit pas dépasser 1 bar, car les connecteurs à bride utilisés dans la technologie du vide ne tolèrent généralement pas de pressions plus élevées. Le test de pression positive est, quant à lui, une technique couramment utilisée dans la construction de réservoirs. Lorsqu'il s'agit de grands conteneurs et des longues périodes de test qu'ils nécessitent pour faire chuter la pression, il peut s'avérer nécessaire, dans certaines circonstances, de prendre en compte les effets des changements de température. Par conséquent, il peut arriver, par exemple, que le système refroidisse jusqu'à une pression inférieure à la pression de saturation de la vapeur d'eau, ce qui provoque la condensation de l'eau ; il faudra en tenir compte lors de l'évaluation de la baisse de pression.

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