差圧テストを使用してリークを検出する方法

リークディテクターユニットなしでのリーク検知方法

使用されるテスト方法の中で最も適切な違いは、特殊なリーク検知装置を使用するかどうかです。

最も単純なケースでは、リークは定性的に判定できます。また、特定のテスト手法を使用する場合は、特別なリークディテクターの助けを借りずに定量的に行うこともできます（これがリーク率です）。従って、水漏れ蛇口からの水の量は、ある一定期間、シリンダを使用して一定期間測定できますが、これをリークディテクターユニットとは言い難いです。リークディテクターを使用せずに、リークの検索中にリーク率を判定できる場合（以下の圧力上昇テストを参照）、この値はしばしばヘリウム標準リーク率に変換されます。この標準リーク率値は、受け入れ証明書を発行する際に頻繁に必要になりますが、ヘリウムリークディテクター装置によって決定されたリーク率値を比較する際にも使用できます。

個々の製造部品を慎重に検査しても、シールの装着不良やシール面の損傷など、組立に続く装置にリークが発生することがあります。装置の検査に使用されるプロセスは、リークの大きさ、目標とする気密性の程度、および装置が金属製かガラス製かその他の材料製かによって異なります。以下に、リーク検知技術の一部を示します。これらは、特定の用途の状況に応じて使用するよう選択されます。経済的要因は、ここで重要な役割を果たす場合があります。

圧力上昇テスト

このリークテスト方法は、リークによって一定期間を通じて均一なままの量のガスが、十分に排気された装置に侵入する（ガスフローが妨げられる。図1.1を参照）ことを許容するという事実を利用しています。これとは対照的に、容器の壁やシールに使用される材料から放出されるガス量（ガス放出なしが十分でない場合）、時間の経過とともに減少します。これは、これらが実質的に常に凝縮可能な蒸気であるため、ある時点で平衡圧力に達するためです（図5.5参照）。真空容器のポンプ側のバルブは、圧力上昇測定の準備として閉じます。その後、圧力が一定量だけ上昇する時間が測定されます（たとえば、10の1乗）。バルブが再び開かれ、ポンプがしばらく再稼働し、その後プロセスが繰り返されます。この同じ量の圧力上昇に対して記録された時間が一定のままである場合、2回の圧力上昇試行間の待機時間が十分に長くなると仮定すると、リークが発生していることになります。適切な待機期間の長さは、デバイスの性質とサイズによって異なります。第2段階で圧力上昇がより緩やかな場合、容器の内表面から放出されたガスによるものと想定されることがあります。

図1.1 真空容器の排気の概略図

1 – チョークガスフロー率qm = 一定（最大値）
2 – ガスフローが妨げられず、qmはΔp = 0まで低下します

図5.5 ポンプをオフにした後の容器内の圧力上昇。

リーク
容器壁面から発生するガス
リーク+ガスの発生

また、圧力の上昇を示す曲線を解釈することで、リークと汚染を区別しようとすることもできます。線形スケールのグラフにプロットすると、圧力上昇の曲線は、高い圧力でもリークが存在する直線である必要があります。圧力上昇が壁から放出されたガスによるものであれば（最終的には汚染のため）、圧力上昇は、徐々に減少し、最終的に安定した値に近づきます。ほとんどの場合、この2つの現象は同時に発生するため、2つの原因を分離することは不可能ではないとしても困難です。これらの関係は、図5.5に概略図で示されています。圧力の上昇が実際のリークによるものであることが明らかになったら、次の式に従って、時間に対してプロットされた圧力上昇から定量的にリーク率を決定できます。

（5.3）

例：

容積が20L（4ガロン）の真空容器がポンプから分離されると、装置内の圧力は、300秒で1 · 10^-4 mbarから1 · 10^-3 mbarに上昇します。したがって、方程式5.2に従って、リーク率は、次のようになります。

リーク率は、質量フローΔm / Δtとして表され、Q_L = 6 · 10^-5 mbar · l/s、T = 20℃（68℉）、空気のモル質量（M = 29 g/mole）で、式5.1から導出されます

容器をTURBOVAC 50ターボ分子ポンプ（S = 50 l/s）で排気され、たとえば遮断弁を使用して真空容器に取り付けられている場合、その後、約S_eff = 30 l/sの有効なポンプ速度が期待できます。従って、到達圧力は、次のようになります

当然のことながら、この到達圧力が不十分な場合は、より大容量のポンプ（TURBOVAC 151など）を使用することで到達圧力を向上させると同時に、到達圧力に到達するために必要なポンプダウン時間を短縮することができます。

今日の真空システムのリークテストは、通常、ヘリウムリークディテクターおよび真空法（局所真空リーク検知のページを参照）で実施されます。装置は排気され、テストガスが外部に噴霧されます。この場合、リークを通過して装置内に入るテストガスを（装置内のサンプリングに基づいて）検出できる必要があります。もう1つの選択肢は、陽圧リークテストを使用することです。テストガス（ヘリウム）は、点検する装置を充填し、わずかな陽圧を発生させるために使用されます。テストガスはリークを通って外部に流れ、装置の外部で検出されます。リークは、リークスプレー（または石鹸水）を使用するか、テストガスとしてHeまたはH2を使用する場合は、リークディテクターおよびスニファユニットを使用して特定します。

圧損テスト

ここでの考え方は、上記の圧力上昇法と似ていますが、この方法は、真空システムのリークをチェックするためにまれに使われるだけです。それにもかかわらず、真空技術で使用されるフランジコネクターは、原則としてそれ以上の圧力に耐えられないため、ゲージ圧力は1 barを超えてはなりません。一方、陽圧試験は、一般にタンク工学で採用されている技術です。大きな容器を扱う場合や、そこで圧損が必要なテスト期間が長い場合は、温度変化の影響を考慮する必要がある場合があります。その結果、例えばシステムが水蒸気の飽和圧力を下回るまで冷却され、水が凝縮されることがあります。これは、圧力低下を評価する際に考慮する必要があります。

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