Como calibrar detectores de vazamento
A calibração de um detector de vazamento deve ser entendida como a correspondência da exibição em uma unidade detectora de vazamento, à qual um vazamento de teste está conectado, com o valor mostrado na "etiqueta" ou certificado de calibração. O pré-requisito para isso é ajustado corretamente? As unidades ou configurações detectoras, como regra, deverão ser calibradas com vazamentos externos de teste especiais nos quais há uma garantia de que, por um lado, todo o gás de teste que sai do vazamento de teste atinge a ponta da sonda e, por outro, que o fluxo de gás na unidade detectora não é prejudicado pela calibração. No caso especial em que a concentração de hélio está sendo medida, a calibração pode ser feita usando o teor de hélio no ar, que é uniforme em todo o mundo de 5 ppm. A "calibração" com teor de hélio no ar é muito imprecisa. Um vazamento de calibração é sempre recomendado. ent dos caminhos de íons no espectrômetro, também conhecido como ajuste. Muitas vezes, a distinção não é feita com tanto cuidado, e ambos os procedimentos juntos são chamados de calibração.
No processo de calibração propriamente dito, a curva em linha reta que representa a correlação linear numericamente correta entre o fluxo de gás por unidade de tempo e a taxa de vazamento é definida por dois pontos: o ponto zero (nenhuma exibição onde não são detectadas emissões) e o valor mostrado com o vazamento de teste (exibição correta para um vazamento conhecido).
Em operações de vácuo (técnica de pulverização, consulte a página sobre detecção de vazamento local), deve-se diferenciar entre dois tipos de calibração: com um vazamento de teste interno ou externo. Ao usar um teste de vazamento externo, não apenas o dispositivo, mas também uma configuração completa, como um arranjo de fluxo parcial, pode ser incluída. Os vazamentos de teste internos são instalados permanentemente e não podem ser perdidos.
Os vazamentos de teste (também conhecidos como vazamentos normais ou vazamentos de referência) normalmente compreendem um fornecimento de gás, um estrangulador com um valor de condutância definido e uma válvula. A configuração estará de acordo com a taxa de vazamento de teste necessária. A Figura 5.9 mostra vários vazamentos de teste. Vazamentos de permeação são geralmente usados para taxas de vazamento de 10‑10 < QL < 10‑7, capilares, entre 10‑8 e 10‑4 e, para taxas de vazamento muito grandes em uma faixa de 10 a 1000 mbar · l/s, seções de tubos ou placas de orifício com valores de condutância exatamente definidos (dimensões).
Fig. 5.9 Exemplos para a construção de vazamentos de teste.
a Vazamento de referência sem suprimento de gás, TL4, TL6
b Vazamento de referência para aplicações de detector e vácuo, TL4-6
c (Interno) vazamento de teste capilar TL7
d Vazamento de referência de permeação (difusão), TL8
e Vazamento calibrado pelo refrigerante
Os vazamentos de teste usados com uma carga de refrigerante representam uma situação especial, pois os refrigerantes são líquidos em temperatura ambiente. Esses vazamentos de teste possuem um espaço de suprimento para líquido a partir do qual, através de uma válvula de fechamento, o espaço preenchido apenas com o vapor refrigerante (pressão de vapor de saturação) pode ser alcançado, antes do vazamento capilar. Um problema tecnológico difícil de resolver é o fato de todos os refrigerantes também serem solventes muito bons para o óleo e graxa e, portanto, estarem frequentemente seriamente contaminados, de modo que é difícil preencher os vazamentos de teste com refrigerante puro. A decisão aqui não é apenas a composição química, mas sobretudo as partículas dissolvidas que podem obstruir repetidamente os capilares finos.
Detectores de vazamento com espectrômetro de massa quadrupolo (ECOTEC II)
Detectores de vazamento podem ser construídos com espectrômetros de massa quadrupolo para registrar massas maiores que hélio. Além de casos especiais, estes serão refrigerantes. Esses dispositivos servem, portanto, para examinar a estanqueidade das unidades de refrigeração, especialmente aquelas de refrigeradores e equipamentos de ar-condicionado.
A Figura 4.2 mostra um diagrama funcional para um espectrômetro de massa quadrupolo. Das quatro hastes no sistema de separação, os dois pares de hastes opostas terão potencial idêntico e estimularão os íons que passam ao longo da linha central, de modo que oscilem transversalmente. Somente quando a amplitude dessas oscilações permanecer menor do que a distância entre as hastes, o íon apropriado pode passar pelo sistema de hastes e, por fim, atingir o coletor de íons, onde descarregará e, assim, será contado. O fluxo de elétrons criado na linha forma o sinal de medição propriamente dito. Os outros íons entram em contato com uma das hastes e serão neutralizados lá.
Fig. 4.2 Esquema para o espectrômetro de massa quadrupolo
A Figura 5.10 mostra o esquema de vácuo de um ECOTEC II O espectrômetro de massa (4) opera somente sob condições de alto vácuo, ou seja, a pressão aqui deve sempre permanecer abaixo de 10-4 mbar. Esse vácuo é gerado pela bomba turbomolecular (3) com o apoio da bomba de diafragma (1). A pressão PV entre as duas bombas é medida com um sistema de medição piezo-resistivo (2) e essa pressão encontra-se na faixa de 1 a 4 mbar durante o modo de medição. Essa pressão não deve ultrapassar um valor de 10 mbar, caso contrário, a bomba turbomolecular não será capaz de manter o vácuo no espectrômetro de massa. A unidade pode ser facilmente trocada na unidade de controle de hélio para qualquer um dos vários refrigerantes, alguns dos quais podem ser selecionados conforme desejado. Naturalmente, a unidade deve ser calibrada separadamente para cada uma dessas massas. Uma vez definidos, no entanto, os valores permanecem disponíveis no armazenamento, de modo que, após a calibração ter sido efetuada para todos os gases (e um vazamento de referência separado é necessário para cada gás!), seja possível alternar diretamente de um gás para outro.
Fig. 5.10 Esquema de vácuo para o ECOTEC II.
- Bomba de diafragma
- Sensor de pressão piezoresistivo
- Bomba turbomolecular
- Espectrômetro de massa quadrupolo
- Linha de detecção
- Limitador de fluxo de gás
- Limitador de fluxo de gás
- Medidor de fluxo de gás
Detectores de vazamento de hélio com espectrômetro de massa de setor 180° (Phoenix Quadro, Phoenix L300i, UL 200, UL 500)
Essas unidades são as mais sensíveis e também fornecem o maior grau de certeza. Aqui, "certo" significa que não há outro método com o qual se possa, com maior confiabilidade e melhor estabilidade, localizar vazamentos e medir quantitativamente. Por esse motivo, os detectores de vazamento de hélio, embora o preço de compra seja relativamente alto, geralmente são muito mais econômicos a longo prazo, pois é necessário muito menos tempo para o próprio procedimento de detecção de vazamento.
Um detector de vazamento de hélio compreende basicamente dois subsistemas em unidades portáteis e três em unidades estacionárias. São elas:
- O espectrômetro de massa
- A bomba de alto vácuo e
- O sistema da bomba parcial auxiliar em unidades estacionárias.
O espectrômetro de massa (consulte a Fig. 5.11) compreende a fonte de íons (1–4) e o sistema de deflexão (5–9). O feixe de íons é extraído através da placa de orifício (5) e entra no campo magnético (8) em um determinado nível de energia. Dentro do campo magnético, os íons se movem ao longo de caminhos circulares onde o raio para uma massa baixa é menor do que para massas maiores. Com a configuração correta da tensão de aceleração durante o ajuste, pode-se obter uma situação em que os íons descrevem um arco circular com um raio de curvatura definido. Onde a massa 4 (hélio) está envolvida, eles passam? a abertura (9) para o coletor de íons (13). Em alguns dispositivos, a corrente de descarga dos íons que colidem com os eletrodos de pressão total será medida e avaliada como um sinal de pressão total. Íons com massas muito pequenas ou muito grandes não devem atingir o coletor de íons (13), mas alguns desses íons o farão apesar disso, seja porque são desviados por colisões com partículas de gás neutro ou porque sua energia inicial se desvia muito do nível de energia necessário. Esses íons são então separados pelo supressor (11) para que apenas íons com massa 4 (hélio) possam alcançar o detector de íons (13). A energia de elétrons na fonte de íons é 80 eV. Ele é mantido baixo para que componentes com uma massa específica de 4 e superior – como carbono multi-ionizado ou oxigênio quadruplamente ionizado – não possam ser criados.
As fontes de íons para o espectrômetro de massa são simples, robustas e fáceis de substituir. Elas são aquecidas continuamente durante a operação e, portanto, são sensíveis à contaminação. Os dois cátodos de irídio revestidos com óxido de ítrio selecionáveis têm uma longa vida útil. Esses cátodos são, em grande parte, insensíveis à entrada de ar, ou seja, o corte de segurança de ação rápida os impedirá de se queimar, mesmo que o ar entre. No entanto, o uso prolongado da fonte de íons pode eventualmente levar à fragilização do cátodo e pode fazer com que o cátodo lasque se exposto a vibrações ou choques.
Dependendo da maneira como a entrada está conectada ao espectrômetro de massa, pode-se diferenciar entre dois tipos de MSLD. Eles são conhecidos como detectores de vazamento de fluxo direto e contrafluxo.
Fig. 5.11 Configuração do espectrômetro de massa de setor 180°
- Flange da fonte de íons
- Cátodo (2 cátodos, Ir + Y2O3)
- Ânodo
- Proteção da fonte de íons com orifício de descarga
- Extrator
- Traços de íons para M > 4
- Eletrodo de pressão total
- Traços de íons para M = 4
- Placa do orifício intermediário
- Campo magnético
- Supressor
- Proteção do coletor de íons
- Coletor de íons
- Flange para coletor de íons com pré-amplificador
Fundamentos da tecnologia de vácuo
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Referências
- Símbolos de vácuo
- Glossário de unidades
- Referências e fontes
Símbolos de vácuo
Um glossário de símbolos normalmente usados em diagramas de tecnologia de vácuo como uma representação visual dos tipos de bomba e peças em sistemas de bombeamento
Glossário de unidades
Uma visão geral das unidades de medida usadas na tecnologia de vácuo e o que os símbolos significam, bem como os equivalentes modernos das unidades históricas
Referências e fontes
Referências, fontes e leitura adicional relacionadas aos conhecimentos fundamentais da tecnologia de vácuo
