สี่วิธีในการค้นหาการรั่วไหลของสุญญากาศโดยใช้ฮีเลียม 6 กุมภาพันธ์ 2019
สารบัญ
- การตรวจจับการรั่วไหลของสุญญากาศที่ระดับสุญญากาศต่ํา
- ทําไมจึงต้องใช้ฮีเลียมในการตรวจจับการรั่วไหล
- การตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียมทํางานอย่างไร
- คุณจะคํานวณอัตราการรั่วไหลของสุญญากาศได้อย่างไร
- วิธีการตรวจจับการรั่วไหลของสุญญากาศ
- มีวิธีการตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม (HLD) แบบใดบ้าง
- อัตราการรั่วไหลมาตรฐานของเครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม
- ความท้าทายเมื่อใช้เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม
แน่นอนว่านี่เป็นกรณีที่รุนแรง แต่เมื่อแรงดันสุญญากาศลดลงเรื่อยๆ แม้แต่ระบบที่ดูเหมือนจะปลอดภัยและบริสุทธิ์ที่สุดก็จะปรากฏว่าไม่แน่นนัก
ความแน่นหนา (หรือ "การไม่มีการรั่วไหล") เป็นสิ่งจําเป็นด้วยเหตุผลหลายประการ รวมถึง: เพื่อให้แน่ใจและรักษาแรงดัน/สุญญากาศ ความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม และประสิทธิภาพของกระบวนการ มีสองแง่มุมของเทคโนโลยีการรั่วที่ควรพิจารณา: การตรวจจับการรั่วและการวัดการรั่ว
การตรวจจับการรั่วไหลของสุญญากาศที่ระดับสุญญากาศต่ํา
กระบวนการสุญญากาศและการใช้งานที่แตกต่างกันต้องการอัตราการรั่วไหลที่แตกต่างกัน อันที่จริงแล้ว สิ่งที่ยอมรับได้ในสุญญากาศที่ต่ํากว่าจะถือว่าเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้โดยสิ้นเชิง (และแน่นอนว่าเป็นอันตรายอย่างมาก) ในระดับสุญญากาศที่สูงกว่า วิธีเดียวที่เชื่อถือได้ในการตรวจจับการรั่วไหลที่มีขนาดเล็กกว่า 1x10-6 mbar*l/s คือการใช้เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม เส้นผ่านศูนย์กลางการรั่วไหลสําหรับ 1x10-12 mbar*l/s (เท่ากับ 1Å) ยังเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลฮีเลียม และเป็นอัตราการรั่วไหลที่เล็กที่สุดที่สามารถตรวจพบได้
ทําไมจึงต้องใช้ฮีเลียมในการตรวจจับการรั่วไหล
ฮีเลียมถูกใช้เป็นก๊าซตรวจสอบเพื่อตรวจจับการรั่วไหลด้วยเหตุผลหลายประการ ซึ่งรวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่ามีเพียง ~ 5 ppm ในอากาศ ดังนั้นระดับพื้นหลังจึงต่ํามาก นอกจากนี้ ฮีเลียมยังมีมวลค่อนข้างต่ํา ดังนั้นจึง 'เคลื่อนที่ได้' และเฉื่อย/ไม่ทําปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ ฮีเลียมยังไม่ติดไฟและโดยทั่วไปมีจําหน่ายทั่วไปและมีต้นทุนต่ํา
ความสัมพันธ์นี้กับฮีเลียมเป็นหนึ่งในเหตุผลที่หนึ่งในวิธีการตรวจจับการรั่วไหลที่แม่นยําและรวดเร็วที่สุดใช้ฮีเลียมเป็นก๊าซติดตาม และใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์สําหรับการวิเคราะห์/การวัดค่า นอกจากนี้ ยังเลือกใช้ฮีเลียมเป็นก๊าซตรวจสอบเนื่องจากมีน้ําหนักเบา รวดเร็วมาก และไม่เป็นอันตรายอย่างแท้จริง
การตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียมทํางานอย่างไร
การตรวจจับฮีเลียมทํางานในลักษณะต่อไปนี้: หน่วยที่ตรวจสอบจะได้รับการอัดแรงดันจากภายใน หรือจะได้รับการอัดแรงดันจากภายในโดยไม่มีฮีเลียม ก๊าซจากการรั่วไหลที่อาจเกิดขึ้นจะถูกเก็บรวบรวมและปั๊มเข้าไปในเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลเพื่อการวิเคราะห์ และค่าใดๆ ที่สูงกว่าระดับพื้นหลังของฮีเลียมเป็นหลักฐานของการรั่วไหล สเปกโตรมิเตอร์เองทํางานในลักษณะต่อไปนี้: โมเลกุลฮีเลียมใดๆ ที่ถูกดูดเข้าไปในสเปกโตรมิเตอร์จะถูกทําให้เกิดไอออน และไอออนฮีเลียมเหล่านี้จะ "บิน" เข้าไปในตัวดักไอออนซึ่งกระแสไอออนจะถูกวิเคราะห์และบันทึก จากนั้นจะคํานวณอัตราการรั่วไหลตามกระแสไอออนไนซ์
การอ่านค่าอ้างอิง (หรือค่าพื้นหลัง) สําหรับฮีเลียมเป็นส่วนสําคัญของกระบวนการ การอ่านค่าอ้างอิงนี้ให้ "สัญญาณรบกวนพื้นหลัง" สําหรับฮีเลียม ซึ่งอาจนึกถึงเป็นระดับแวดล้อมของฮีเลียม ฮีเลียมพื้นหลังส่วนใหญ่นี้มีอยู่ในโมเลกุลก๊าซขนาดเล็กระหว่าง 100 และ 150 ชั้น และเป็นก๊าซถาวร (มีอยู่ในอากาศ) ซึ่งอยู่ในเครื่องตรวจจับการรั่วไหล ปั๊ม ชิ้นส่วนทดสอบ ฯลฯ การกําจัดฮีเลียมบนพื้นผิวนี้เรียกว่า "การกําจัดก๊าซ" และเริ่มเมื่อก๊าซทั้งหมดถูกปั๊มออกไปแล้ว เมื่อโมเลกุลได้ "กําจัด" ออกจากพื้นผิวด้านในของโลหะ การลดการดูดซับนี้เริ่มต้นที่แรงดันประมาณ 10-1 mbar การกําจัดก๊าซดังกล่าวโดยการลดความดันหรือโดยการทําให้พื้นผิวห้องอบร้อนนั้นไม่ใช่เรื่องแปลก แต่แม้แต่ในกรณีนี้ก็ไม่สามารถกําจัดก๊าซทั้งหมดที่พื้นผิวได้ทั้งหมด นอกเหนือจากฮีเลียมพื้นผิวแล้ว ยังมีฮีเลียม "สแตนด์บาย" อยู่ในโอริงที่ทําหน้าที่เป็นฟองน้ํา ในขณะที่ยังให้การบ่งชี้ที่ดีว่าเครื่องสะอาดเพียงใด เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียมสมัยใหม่สามารถวัดและคํานวณระดับภายใน (พื้นหลัง) นี้อย่างต่อเนื่องและลบออกจากการวัดอัตราการรั่วไหลโดยอัตโนมัติ
คุณจะคํานวณอัตราการรั่วไหลของสุญญากาศได้อย่างไร
เพื่อให้สามารถคํานวณอัตราการรั่วไหลของก๊าซได้ แรงดันมีบทบาทสําคัญในการระบุขนาดของการรั่วไหลของก๊าซ) อัตราการรั่วไหลคือปริมาณก๊าซที่ไหลผ่านวัสดุ/เมมเบรนที่ความแตกต่างของแรงดันที่กําหนดต่อเวลา พื้นฐานของการคํานวณอัตราการรั่วไหลคือ: เส้นผ่านศูนย์กลางของรอยรั่วเป็นวงกลม และช่องรั่วไหลเทียบเท่ากับความหนาของวัสดุที่รอยรั่ว "ผ่าน อัตราการรั่วไหล = ปริมาณก๊าซ/เวลา = แรงดัน x ปริมาตร/เวลา และวัดเป็นหน่วย mbar*l/s หรือหน่วยเทียบเท่า
วิธีการตรวจจับการรั่วไหลของสุญญากาศ
มีหลายวิธีในการตรวจหารอยรั่ว ซึ่งวิธีหนึ่งคือใช้โดยประมาณตามแรงดัน/สุญญากาศที่ตรวจสอบ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการทดสอบฟองอากาศ ซึ่งแสดงให้เห็นได้ดีที่สุดโดยการวางปั๊มจักรยานที่เจาะทะลุใต้น้ําและทําเครื่องหมายว่าฟองอากาศมาจากที่ใด หรือวางน้ํายาล้างรอบข้อต่อของท่อน้ํา/ก๊าซที่ใช้งานอยู่ และสังเกตว่าของเหลวก่อตัวเป็นฟองหรือไม่ ทั้งสองวิธีนี้เป็นวิธีที่เชื่อถือได้ในการตรวจจับการรั่วไหลของแรงดันต่ํา ใช้การทดสอบฟองอากาศจนถึงสุญญากาศ 10-4 mbar
การทดสอบการลดลงของความดันเป็นสิ่งที่แน่นอน: ห้องอบถูกอัดแรงดัน และมีการสังเกตและบันทึกการลดลงของความดัน การทดสอบการสลายตัวของแรงดันใช้ได้สูงสุด 10-3 mbar การทดสอบการเพิ่มแรงดันจะดําเนินการในทิศทางตรงกันข้าม แรงดันภายในห้องอบจะเพิ่มขึ้นและความสามารถในการรักษาแรงดันจะสังเกตได้จากการอ่านค่าแรงดันขาเข้า การทดสอบการเพิ่มแรงดันใช้ได้สูงสุด 10-6 mbar*l/s
อย่างไรก็ตาม โหมด "Integral" ของฮีเลียม (แม่นยําสูงสุด 10-12 mbar*l/s) และการทดสอบ "Sniffer" ของฮีเลียม (แม่นยําสูงสุด 10-7 mbar*l/s) เป็นขั้นตอนการตรวจหารอยรั่วที่เที่ยงตรงที่สุดในช่วงสุญญากาศสูง
มีวิธีการตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม (HLD) แบบใดบ้าง
มีสองวิธีในการตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม (HLD): การทดสอบแบบบูรณาการหรือการทดสอบเฉพาะที่ การเลือกวิธีการที่จะใช้จะขึ้นอยู่กับสถานการณ์ ตลอดจนสิ่งที่จะใช้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย วิธีการ "รวม" จะแสดงว่ามีการรั่วไหลหรือไม่ (แต่ไม่ใช่จํานวนการรั่วไหลที่แตกต่างกัน) วิธีการ "เฉพาะที่" จะแสดงว่ามีการรั่วไหลอยู่ที่ใด (แต่การหาอัตราการรั่วไหล/ขนาดการรั่วไหลที่แน่นอนเป็นเรื่องยาก) วิธีการตรวจจับทั้งสองแบบนี้สามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ได้แก่ "ตัวอย่างภายใต้แรงดัน" และ "ตัวอย่างภายใต้สุญญากาศ"
ขั้นตอนแรกของการทดสอบแบบอินทิกรัลสองขั้นตอนเรียกว่าวิธีการ "อินทิกรัล (ตัวอย่างภายใต้แรงดัน)" โดยที่ห้องที่ตรวจสอบจะถูกวางไว้ในภาชนะที่ปิดสนิท ห้องอบจะถูกอัดแรงดันด้วยฮีเลียมและภาชนะบรรจุจะเชื่อมต่อกับเครื่องตรวจจับการรั่วไหล ในกรณีที่เกิดการรั่วไหล ตัวอย่างก๊าซจากภายในภาชนะจะถูกดูดออกมาและผ่านเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวล ซึ่งจะมีการบันทึกการเพิ่มขึ้นใดๆ (เหนือค่าที่อ่านได้จากพื้นหลัง) ในระดับฮีเลียม
รูปที่ 2: การทดสอบอินทิกรัลด้วยฮีเลียม (ตัวอย่างภายใต้แรงดัน)
- ห้องสุญญากาศ
- ตัวอย่างทดสอบภายใต้แรงดัน
- เครื่องตรวจจับการรั่ว
- ก๊าซทดสอบ (ฮีเลียม)
- ระดับการปั๊ม*
*จําเป็นสําหรับห้องอบปริมาตรสูงเท่านั้น
ในวิธีการ "การทดสอบแบบอินทิกรัล (ตัวอย่างภายใต้สุญญากาศ)" จะมีการวางช่องอีกครั้งภายในภาชนะ แต่ในกรณีนี้ภาชนะจะถูกอัดแรงดันด้วยฮีเลียม และช่องทดสอบจะเชื่อมต่อโดยตรงกับเครื่องตรวจจับการรั่วไหล ตัวอย่างก๊าซภายในห้องจะถูกดูดออกมาและผ่านเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวล ซึ่งจะบันทึกการเพิ่มขึ้นของฮีเลียมจากการอ่านค่าพื้นหลังอีกครั้ง
รูปที่ 3: การทดสอบอินทิกรัลด้วยฮีเลียม (ตัวอย่างภายใต้สุญญากาศ)
- ห้องแรงดัน
- ตัวอย่างทดสอบภายใต้แรงดัน
- เครื่องตรวจจับการรั่ว
- ก๊าซทดสอบ (ฮีเลียม)
- ระดับการปั๊ม*
*จําเป็นสําหรับห้องอบปริมาตรสูงเท่านั้น
ขั้นตอนที่สองบางครั้งเรียกว่าการทดสอบ "การดูด" และ "การฉีดพ่น" ในวิธีการ "การดูดก๊าซเฉพาะที่ (ตัวอย่างภายใต้แรงดัน)" จะมีการอัดแรงดันห้องด้วยฮีเลียมและอุปกรณ์ดูดก๊าซจะผ่านรอบจุดรั่วไหลที่เป็นไปได้ของห้อง (รอยเชื่อม หน้าแปลน พอร์ทัล ท่อเครื่องมือ ฯลฯ) เพื่อดูดก๊าซที่รั่วไหลออกมา ก๊าซ "ดม" นี้จะถูกส่งไปยังเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลเพื่อบันทึกระดับฮีเลียมที่สูงขึ้น (เช่น สูงกว่าพื้นหลัง)
รูปที่ 4: การทดสอบเฉพาะที่ด้วยฮีเลียม (ตัวอย่างภายใต้แรงดัน)
- Sniffer
- ตัวอย่างทดสอบภายใต้แรงดัน
- เครื่องตรวจจับการรั่ว
- ก๊าซทดสอบ (ฮีเลียม)
ในวิธีการ "การฉีดพ่นเฉพาะที่ (ตัวอย่างภายใต้สุญญากาศ)" ห้องจะถูกปั๊มสุญญากาศและก๊าซฮีเลียมจะถูกฉีดพ่น/เลี้ยวไปยังจุดรั่วไหลที่เป็นไปได้โดยมีเจตนาที่จะดูดฮีเลียมบริสุทธิ์บางส่วนเข้าไปในห้อง ก๊าซจากภายในห้องจะถูกส่งเข้าสู่สเปกโตรมิเตอร์เพื่อบันทึกระดับฮีเลียมที่เพิ่มขึ้น
รูปที่ 5: การทดสอบเฉพาะที่ด้วยฮีเลียม (ตัวอย่างภายใต้สุญญากาศ)
- ทดสอบเครื่องพ่นก๊าซ
- ตัวอย่างทดสอบภายใต้สุญญากาศ
- เครื่องตรวจจับการรั่ว
- ก๊าซทดสอบ (ฮีเลียม)
- ระดับการปั๊ม*
*จําเป็นสําหรับตัวอย่างทดสอบปริมาณมากเท่านั้น
เพื่อสรุปและอธิบายความแตกต่างระหว่างขั้นตอน HLD สองประเภทนี้: วิธีการแบบบูรณาการต้องวางห้องอบไว้ภายในหน่วยกันก๊าซ (ไม่ใช่ความเป็นไปได้เสมอไป) ในขณะที่ในวิธีการทดสอบภายในห้องอบจะมีการอัดแรงดันภายในด้วยฮีเลียมหรือสุญญากาศภายในด้วยฮีเลียมที่ฉีดพ่นอย่างกว้างขวางบนพื้นผิวของห้องอบที่จุดที่อาจเกิดการรั่วไหลได้ ในการทดสอบทั้งสองแบบ ฮีเลียมจะเข้าสู่เครื่องตรวจจับการรั่วไหลผ่านการรั่วไหลที่เป็นไปได้และส่งไปยังสเปกโตรมิเตอร์เพื่อการวิเคราะห์
อัตราการรั่วไหลมาตรฐานของเครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม
มีมาตรฐานหลายประการที่เกี่ยวข้องกับเครื่องตรวจจับการรั่วไหลและการตรวจจับการรั่วไหล หนึ่งในนั้นคือ DIN EN 1330-8 ซึ่งกําหนด 'อัตราการรั่วไหลมาตรฐานของฮีเลียม' สําหรับใช้ในกรณีที่ทําการทดสอบการรั่วไหลด้วยฮีเลียมที่ความแตกต่างของความดันบรรยากาศภายนอก 1 บาร์ ถึงความดันภายใน < 1 mbar (ซึ่งในทางปฏิบัติเป็นสภาวะทั่วไป)
หน่วย SI ของอัตราการรั่วไหลคืออะไร
หน่วย SI ของอัตราการรั่วไหลที่วัดได้คือ Pa.m3.s-1 หน่วย SI ของแรงดันคือ Pascal (Pa) โดยที่ 100 Pa = 1 mbar = 1 hPa หน่วยที่ใช้กันทั่วไปสําหรับอัตราการรั่วคือ mbar.l.s-1
การทดสอบอัตรารั่วไหลคืออะไร
การทดสอบอัตราการรั่วไหลใช้เพื่อกําหนดอัตราปริมาณอากาศที่รั่วไหลเข้าสู่ห้องสุญญากาศ อัตราการรั่วไหลที่ยอมรับได้จะขึ้นอยู่กับความต้องการของการใช้งานเอง
มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยกําหนดให้ผู้ผลิตต้องรับประกันการรั่วไหลของผลิตภัณฑ์โดยดําเนินการทดสอบการรั่วไหลเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการอนุมัติการผลิต/คุณภาพ เพื่อระบุอัตราการปฏิเสธสําหรับการทดสอบโดยใช้ฮีเลียมภายใต้สภาวะมาตรฐานของฮีเลียม จําเป็นต้องแปลงสภาวะการทดสอบจริงที่ใช้เป็นสภาวะมาตรฐานของฮีเลียม มีสูตรมาตรฐานสําหรับการแปลงเหล่านี้
เมื่อระบบสุญญากาศเชื่อมต่อกับเครื่องตรวจจับการรั่วไหล จะต้องมีสภาวะฮีเลียมมาตรฐานในระหว่างการตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม การใช้ฮีเลียมเพื่อดําเนินการทดสอบการรั่วไหลรับประกันผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้และทําซ้ําได้ ซึ่งสามารถวัดปริมาณและตรวจสอบได้อย่างต่อเนื่อง
ความท้าทายเมื่อใช้เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียม
ต้องเข้าใจว่ามีความท้าทายบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการตรวจจับการรั่วไหลขนาดเล็กโดยใช้ฮีเลียม HLD มีความไวเป็นพิเศษ และฮีเลียมที่อยู่รอบๆ หรือที่ติดอยู่สามารถส่งผลกระทบต่อความแม่นยําของการตรวจจับการรั่วและการวัดการรั่วได้อย่างง่ายดาย เครื่องตรวจจับการรั่วไหลเองไม่ใช่หน่วยป้องกันการรั่วไหล ดังนั้นสภาพแวดล้อมที่สะอาดด้วยฮีเลียมจึงเป็นสิ่งสําคัญหากต้องการอ่านค่าที่ถูกต้อง นอกจากนี้ สําหรับรอยรั่วขนาดเล็กมาก สิ่งสําคัญคือการควบคุมปัจจัยภายนอก เนื่องจากปัจจัยเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ได้ง่าย สุดท้าย ฮีเลียมแวดล้อมสามารถเข้าสู่ระบบผ่านช่องระบายอากาศและช่องระบายอากาศ รวมถึงซึมผ่านโอริงได้
พื้นฐานการตรวจจับการรั่วไหล
ดาวน์โหลด eBook "พื้นฐานของการตรวจจับการรั่วไหล" เพื่อค้นหาข้อมูลสําคัญและเทคนิคการตรวจจับการรั่วไหล
- เกี่ยวข้อง
- บล็อกที่เกี่ยวข้อง
- ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง
เกี่ยวข้อง
บล็อกที่เกี่ยวข้อง
ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง
