Empat cara menemukan kebocoran vakum menggunakan helium 6 Februari 2019
Daftar isi
- Mendeteksi kebocoran vakum pada tingkat vakum rendah
- Mengapa helium digunakan untuk mendeteksi kebocoran?
- Bagaimana cara kerja deteksi kebocoran helium?
- Bagaimana cara menghitung laju kebocoran vakum?
- Metode deteksi kebocoran vakum
- Apa saja metode deteksi kebocoran helium (HLD) yang ada?
- Tingkat kebocoran standar detektor kebocoran helium
- Tantangan saat menggunakan detektor kebocoran helium
Tentu saja, ini adalah kasus ekstrem, tetapi karena tekanan vakum semakin rendah, bahkan sistem yang paling aman dan murni akan segera terlihat kurang kencang.
Kekencangan (atau "tidak adanya kebocoran") diperlukan untuk berbagai alasan, termasuk: untuk memastikan dan mempertahankan tekanan/vakum; untuk keamanan produk; untuk standar lingkungan; dan untuk efisiensi proses. Ada dua aspek teknologi kebocoran yang perlu diperiksa: deteksi kebocoran dan pengukuran kebocoran.
Mendeteksi kebocoran vakum pada tingkat vakum rendah
Proses dan aplikasi vakum yang berbeda memerlukan persyaratan tingkat kebocoran yang berbeda. Memang, apa yang dapat diterima pada vakum yang lebih rendah akan dianggap benar-benar tidak dapat diterima (dan sangat berbahaya) pada tingkat vakum yang lebih tinggi. Satu-satunya metode yang kredibel untuk mendeteksi kebocoran yang lebih kecil dari 1x10-6 mbar*l/s adalah dengan detektor kebocoran helium. Diameter kebocoran untuk 1x10-12 mbar*l/s (yang sama dengan 1Å) juga merupakan diameter molekul helium, dan merupakan laju kebocoran terkecil yang dapat terdeteksi.
Mengapa helium digunakan untuk mendeteksi kebocoran?
Helium digunakan sebagai gas pelacak untuk mendeteksi kebocoran karena beberapa alasan. Ini termasuk fakta bahwa hanya ~ 5 ppm di udara sehingga tingkat latar belakang sangat rendah. Helium juga memiliki massa yang relatif rendah sehingga 'bergerak' dan sepenuhnya lembam/tidak reaktif. Helium juga tidak mudah terbakar dan umumnya tersedia secara luas dan berbiaya rendah.
Hubungan ini dengan helium adalah salah satu alasan mengapa salah satu metode deteksi kebocoran yang paling akurat dan cepat menggunakan helium sebagai gas pelacak, dan spektrometer massa untuk analisis/pengukuran. Selain itu, helium dipilih sebagai gas pelacak karena ringan, sangat cepat, dan benar-benar tidak berbahaya.
Bagaimana cara kerja deteksi kebocoran helium?
Deteksi helium bekerja dengan cara berikut: unit yang diperiksa ditekan dari dalam atau ditekan tanpa helium. Gas dari potensi kebocoran dikumpulkan dan dipompa ke dalam spektrometer massa untuk dianalisis, dan nilai apa pun di atas jejak latar belakang helium adalah bukti kebocoran. Spektrometer itu sendiri bekerja dengan cara berikut: molekul helium yang disedot ke dalam spektrometer akan diionisasi, dan ion helium ini kemudian akan "terbang" ke dalam perangkap ion di mana arus ion dianalisis dan direkam. Laju kebocoran kemudian dihitung berdasarkan arus ionisasi.
Bacaan referensi (atau latar belakang) untuk helium adalah bagian penting dari proses. Pembacaan referensi ini memberikan "kebisingan latar belakang" untuk helium, yang dapat dianggap sebagai tingkat sekitar helium. Sebagian besar helium latar belakang ini terkandung di antara 100 dan 150 lapisan mikro molekul gas dan merupakan gas permanen (terkandung di udara) yang terdapat dalam detektor kebocoran, pompa, bagian uji, dll. Penghilangan helium permukaan ini disebut "degassing" dan dimulai ketika semua gas telah dipompa keluar, setelah molekul telah "diserap" dari permukaan dalam logam. Desorpsi ini dimulai pada tekanan sekitar 10-1 mbar. Degassing seperti itu dengan menurunkan tekanan atau dengan memanaskan permukaan ruang tidak jarang terjadi, tetapi bahkan kemudian tidak sepenuhnya menghilangkan semua gas di permukaan. Selain helium permukaan, helium "siaga" juga terkandung dalam cincin-O yang bertindak seperti spons, sekaligus memberikan indikasi yang baik tentang seberapa bersih unit tersebut. Detektor kebocoran helium modern dapat secara konstan mengukur dan menghitung tingkat internal (lapangan) ini dan secara otomatis menguranginya dari pengukuran tingkat kebocoran.
Bagaimana cara menghitung laju kebocoran vakum?
Untuk dapat menghitung laju kebocoran gas, tekanan berperan penting dalam menentukan ukuran kebocoran gas). Laju kebocoran adalah jumlah gas yang mengalir melalui bahan/membran pada diferensial tekanan tertentu per waktu. Dasar perhitungan laju kebocoran adalah: diameter kebocoran berbentuk melingkar; dan saluran kebocoran setara dengan ketebalan material yang "melewati" kebocoran. Laju kebocoran = jumlah gas/waktu = tekanan x volume/waktu, dan diukur dalam mbar*l/dtk atau satuan yang setara.
Metode deteksi kebocoran vakum
Ada sejumlah metode deteksi kebocoran, yang mana yang harus digunakan, berdasarkan pada tekanan/vakum yang sedang diperiksa. Yang paling sederhana adalah uji gelembung, yang paling baik diilustrasikan dengan menempatkan pompa sepeda yang ditusuk di bawah air dan menandai dari mana gelembung berasal, atau menempatkan cairan pembersih di sekitar sambungan pipa air/gas aktif, dan mengamati apakah cairan membentuk busa. Keduanya adalah cara yang andal untuk mendeteksi kebocoran tekanan rendah. Uji gelembung digunakan hingga vakum 10-4 mbar.
Uji penurunan tekanan adalah: ruang diberi tekanan, dan penurunan tekanan diamati dan dicatat. Uji penurunan tekanan digunakan hingga 10-3 mbar. Uji peningkatan tekanan bertindak sebaliknya. Tekanan di dalam ruang meningkat dan kemampuan untuk mempertahankan tekanan diamati terhadap pembacaan tekanan inlet. Uji peningkatan tekanan digunakan hingga 10-6 mbar*l/dtk.
Namun, mode "integral" helium (akurat hingga 10-12 mbar*l/dtk) dan uji "sniffer" helium, (akurat hingga 10-7 mbar*l/dtk), merupakan prosedur deteksi kebocoran yang paling akurat pada kisaran vakum tinggi.
Apa saja metode deteksi kebocoran helium (HLD) yang ada?
Ada dua metode deteksi kebocoran helium (HLD): pengujian integral atau pengujian lokal. Pilihan metode yang akan digunakan tergantung pada situasi, serta tujuan penggunaan produk akhir. Metode "integral" menunjukkan apakah ada kebocoran (tapi tidak berapa banyak kebocoran yang berbeda), metode "lokal" menunjukkan di mana ada kebocoran (tapi penentuan akurat dari laju kebocoran/ukuran kebocoran sulit). Kedua metode deteksi ini masing-masing dapat dibagi menjadi dua bagian lebih lanjut: "sampel di bawah tekanan" dan "sampel di bawah vakum".
Prosedur pengujian integral pertama disebut metode "integral (sampel di bawah tekanan)", dengan ruang yang sedang diselidiki ditempatkan dalam wadah tertutup. Ruang diberi tekanan dengan helium dan wadah disambungkan ke detektor kebocoran. Jika terjadi kebocoran, sampel gas dari dalam wadah diambil dan melewati spektrometer massa di mana peningkatan (di atas pembacaan latar belakang) pada tingkat helium dicatat.
Gambar 2: Pengujian integral dengan helium (sampel di bawah tekanan).
- Ruang vakum
- Sampel uji di bawah tekanan
- Detektor kebocoran
- Gas uji (helium)
- Tahap pemompaan*
*hanya diperlukan untuk volume ruang besar
Dalam metode "pengujian integral (sampel di bawah vakum)", ruang ditempatkan kembali di dalam wadah tetapi dalam kasus ini wadah diberi tekanan dengan helium - dan ruang pengujian dihubungkan langsung ke detektor kebocoran. Sampel gas di dalam ruang diambil dan melewati spektrometer massa di mana lagi, setiap peningkatan helium dari pembacaan latar belakang dicatat.
Gambar 3: Pengujian integral dengan helium (sampel di bawah vakum).
- Ruang tekanan
- Sampel uji di bawah tekanan
- Detektor kebocoran
- Gas uji (helium)
- Tahap pemompaan*
*hanya diperlukan untuk volume ruang besar
Pasangan prosedur kedua terkadang disebut sebagai tes "sniffer" dan "semprotan". Dalam metode "sniffer lokal (sampel di bawah tekanan)", ruang ditekan dengan helium dan perangkat sniffer dilewati di sekitar kemungkinan titik kebocoran ruang (las, flensa, portal, saluran instrumen, dll.) untuk mengisap gas yang keluar. Gas "sniffed" ini dikirim ke spektrometer massa untuk mencatat tingkat helium yang tinggi (yaitu di atas latar belakang).
Gambar 4: Pengujian lokal dengan helium (sampel di bawah tekanan).
- Sniffer
- Sampel uji di bawah tekanan
- Detektor kebocoran
- Gas uji (helium)
Dalam metode "penyemprotan lokal (sampel di bawah vakum)", ruang dipadatkan dengan vakum dan gas helium disemprotkan/diarahkan secara bebas ke titik-titik kebocoran yang mungkin, dengan tujuan agar sebagian helium murni ini akan disedot ke dalam ruang. Gas, dari dalam ruang, dialirkan ke spektrometer untuk mencatat tingkat helium yang tinggi.
Gambar 5: Pengujian lokal dengan helium (sampel di bawah vakum).
- Uji semprotan gas
- Sampel uji di bawah vakum
- Detektor kebocoran
- Gas uji (helium)
- Tahap pemompaan*
*hanya diperlukan untuk volume sampel uji besar
Untuk meringkas dan menyederhanakan perbedaan antara kedua jenis prosedur HLD ini: metode integral memerlukan ruang untuk ditempatkan di dalam unit kedap gas (tidak selalu mungkin), sedangkan dalam metode pengujian lokal, ruang diberi tekanan internal dengan helium atau divakum secara internal dengan helium yang disemprotkan secara besar-besaran ke permukaan ruang pada titik-titik yang cenderung bocor. Dalam kedua pengujian, helium memasuki detektor kebocoran melalui kemungkinan kebocoran dan melewati spektrometer untuk dianalisis.
Tingkat kebocoran standar detektor kebocoran helium
Ada beberapa standar yang berkaitan dengan detektor kebocoran dan deteksi kebocoran. Salah satunya, DIN EN 1330-8, menentukan 'tingkat kebocoran standar helium' untuk penggunaan di mana uji kebocoran dilakukan dengan helium pada diferensial tekanan 1 bar tekanan atmosfer eksternal hingga < 1 mbar tekanan internal (yang dalam praktiknya adalah kondisi umum).
Apa yang dimaksud dengan satuan SI untuk laju kebocoran?
Satuan SI dari laju kebocoran yang diukur adalah Pa.m3.s-1. Satuan SI tekanan adalah Pascal (Pa) di mana 100 Pa = 1 mbar = 1 hPa. Satuan yang umum digunakan untuk laju kebocoran adalah mbar.l.s-1.
Apa yang dimaksud dengan pengujian kebocoran?
Uji laju kebocoran digunakan untuk menentukan laju jumlah udara yang bocor ke dalam ruang vakum. Tingkat kebocoran yang dapat diterima ditentukan oleh kebutuhan aplikasi itu sendiri.
Standar lingkungan dan keselamatan mengharuskan produsen untuk menjamin kebocoran produk mereka dengan melakukan pengujian kebocoran sebagai bagian dari proses persetujuan produksi/kualitas. Untuk menunjukkan tingkat penolakan untuk pengujian menggunakan helium dalam kondisi helium standar, diperlukan konversi kondisi pengujian aktual yang digunakan ke kondisi standar helium; ada rumus standar yang tersedia untuk konversi ini.
Saat sistem vakum tersambung ke detektor kebocoran, kondisi helium standar harus ada selama deteksi kebocoran helium. Menggunakan helium untuk melakukan pengujian kebocoran menjamin hasil yang andal dan dapat diulang yang dapat dikuantifikasi dan dipantau secara konstan.
Tantangan saat menggunakan detektor kebocoran helium
Harus dipahami bahwa ada tantangan tertentu yang terkait dengan mendeteksi kebocoran kecil menggunakan helium. HLD sangat sensitif, dan helium di sekitar atau terperangkap dapat dengan mudah memengaruhi akurasi deteksi kebocoran dan pengukuran kebocoran. Detektor kebocoran itu sendiri bukanlah unit yang kedap kebocoran, itulah sebabnya lingkungan yang bersih dari helium sangat penting, jika pembacaan yang akurat harus diperoleh. Selain itu, untuk kebocoran yang sangat kecil, penting untuk mengendalikan faktor eksternal karena dapat dengan mudah mengubah hasil. Terakhir, helium ambien dapat memasuki sistem melalui port pembuangan dan ventilasi, serta merembes melalui cincin-O.
Dasar-dasar Deteksi Kebocoran
Unduh eBook "Dasar-Dasar Deteksi Kebocoran" kami untuk menemukan dasar-dasar dan teknik deteksi kebocoran.
- Pengetahuan terkait
- Blog terkait
- Produk terkait
Pengetahuan terkait
Blog terkait
Produk terkait
