เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของแมสสเปกโตรมิเตอร์ทํางานอย่างไร

แชร์ผ่าน

การทดสอบการรั่วไหลส่วนใหญ่ในปัจจุบันดําเนินการโดยใช้อุปกรณ์ตรวจจับการรั่วไหลพิเศษ

ซึ่งสามารถตรวจจับอัตราการรั่วไหลที่น้อยกว่าเทคนิคที่ไม่ใช้อุปกรณ์พิเศษได้มาก วิธีการเหล่านี้ทั้งหมดขึ้นอยู่กับการใช้ก๊าซเฉพาะเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบ ความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซทดสอบเหล่านี้และก๊าซที่ใช้ในการใช้งานจริงหรือก๊าซรอบ ๆ การกําหนดค่าการทดสอบจะถูกวัดโดยเครื่องตรวจจับการรั่วไหล ตัวอย่างเช่น การนําความร้อนที่แตกต่างกันของก๊าซทดสอบและอากาศโดยรอบ

อย่างไรก็ตาม วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบันคือการตรวจจับโดยใช้ฮีเลียมเป็นก๊าซทดสอบ

ฟังก์ชันของเครื่องตรวจจับการรั่วไหลส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าการทดสอบจะดําเนินการด้วยก๊าซทดสอบพิเศษ เช่น ด้วยสารตัวกลางอื่นนอกเหนือจากที่ใช้ในการทํางานปกติ ตัวอย่างเช่น การทดสอบการรั่วไหลอาจดําเนินการโดยใช้ฮีเลียม ซึ่งตรวจพบได้โดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวล แม้ว่าส่วนประกอบที่ถูกทดสอบอาจเป็นเครื่องกระตุ้นหัวใจซึ่งส่วนประกอบภายในจะถูกป้องกันจากการซึมเข้าของของเหลวในร่างกายระหว่างการทํางานปกติ ตัวอย่างนี้เพียงอย่างเดียวจะชัดเจนว่าคุณสมบัติการไหลที่แตกต่างกันของการทดสอบและสื่อกลางในการทํางานจําเป็นต้องได้รับการพิจารณา

เครื่องตรวจจับการรั่วไหลด้วยแมสสเปกโตรมิเตอร์ (MSLD)

การตรวจจับก๊าซทดสอบโดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์เป็นวิธีการตรวจจับการรั่วไหลที่ไวที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของแมสสเปกโตรมิเตอร์ (เรียกอีกอย่างว่า MSLD) ที่พัฒนาขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์นี้ทําให้สามารถวัดปริมาณอัตราการรั่วไหลในช่วงที่ครอบคลุมหลายกําลังสิบ ( ดูประเภทและอัตราการรั่วไหล ) โดยที่ขีดจํากัดล่าง ≈ 10 ^-12 mbar · l/s จึงทําให้สามารถแสดงให้เห็นถึงการซึมผ่านของก๊าซตามธรรมชาติของของแข็งที่มีการใช้ฮีเลียมเป็นก๊าซทดสอบได้ ตามหลักการแล้ว สามารถตรวจจับก๊าซทั้งหมดได้โดยใช้แมสสเปกโตรเมทรี

จากตัวเลือกที่มีอยู่ทั้งหมด การใช้ฮีเลียมเป็นก๊าซติดตามได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง การตรวจจับฮีเลียมโดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลเป็นเรื่องที่ชัดเจนอย่างแท้จริง ฮีเลียมมีความเฉื่อยทางเคมี ไม่ระเบิด ไม่เป็นพิษ มีอยู่ในอากาศปกติที่ความเข้มข้นเพียง 5 ppm และค่อนข้างประหยัด

มวลสเปกโตรมิเตอร์สองประเภทใช้ใน MSLD ที่มีจําหน่ายทั่วไป ได้แก่

ก) เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลแบบสี่ขั้ว แม้ว่าจะใช้บ่อยน้อยลงเนื่องจากการออกแบบที่ซับซ้อนและซับซ้อนมากขึ้น (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากแหล่งจ่ายไฟสําหรับเซ็นเซอร์)
ข) เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลสนามแม่เหล็ก 180° เนื่องจากการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่าย

โดยไม่คํานึงถึงหลักการทํางานที่ใช้ เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลทุกเครื่องประกอบด้วยระบบย่อยที่สําคัญทางกายภาพสามระบบ ได้แก่

แหล่งกําเนิดไอออน
การแยกระบบ
และตัวดักไอออน

ไอออนต้องสามารถเดินทางไปตามเส้นทางจากแหล่งกําเนิดไอออนและผ่านระบบแยกไปยังตัวดักไอออนได้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้โดยไม่ชนกับโมเลกุลก๊าซ เส้นทางนี้มีขนาดประมาณ 15 ซม. สําหรับสเปกโตรมิเตอร์ทุกประเภท ดังนั้นจึงต้องมีความยาวเส้นทางอิสระปานกลางอย่างน้อย 60 ซม. ซึ่งสอดคล้องกับความดันประมาณ 1 · 10 ^-4 mbar กล่าวคือ มวลสเปกโตรมิเตอร์จะทํางานในสุญญากาศเท่านั้น

เนื่องจากระดับสุญญากาศขั้นต่ําที่ 1 · 10 -4 mbar จึงจําเป็นต้องมีสุญญากาศสูง ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลและปั๊มหยาบที่เหมาะสมใช้ในเครื่องตรวจจับการรั่วไหลที่ทันสมัย ระบบจ่ายไฟและระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่จําเป็นและซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องกับกลุ่มส่วนประกอบแต่ละกลุ่มจะช่วยให้เกิดระบบอัตโนมัติในระดับสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ในลําดับการทํางานผ่านไมโครโปรเซสเซอร์ รวมถึงขั้นตอนการปรับแต่งและการสอบเทียบทั้งหมดและการแสดงค่าที่วัดได้

หลักการทํางานของ MSLD

ฟังก์ชันพื้นฐานของเครื่องตรวจจับการรั่วไหลและความแตกต่างระหว่างเครื่องตรวจจับการรั่วไหลและแมสสเปกโตรมิเตอร์สามารถอธิบายได้โดยใช้ภาพที่ 5.6 ภาพร่างนี้แสดงการกําหนดค่าที่พบบ่อยที่สุดสําหรับการตรวจจับการรั่วไหลโดยใช้วิธีการฉีดพ่นฮีเลียม (ดู การตรวจจับการรั่วไหลเฉพาะที่ ) ที่ส่วนประกอบสุญญากาศ เมื่อมีการดูดฮีเลียมที่ฉีดเข้าไปในส่วนประกอบผ่านการรั่วไหล จะมีการปั๊มฮีเลียมผ่านภายในเครื่องตรวจจับการรั่วไหลไปยังท่อไอเสีย ซึ่งจะออกจากเครื่องตรวจจับอีกครั้ง สมมติว่าตัวเครื่องตรวจจับปราศจากการรั่วไหล ปริมาณก๊าซที่ไหลผ่านแต่ละส่วนของท่อ (ที่จุดที่ต้องการใดๆ) ต่อหน่วยเวลาจะคงที่โดยไม่คํานึงถึงพื้นที่หน้าตัดและการเดินท่อ ข้อต่อไปนี้ใช้กับทางเข้าไปยังช่องปั๊มที่ปั๊มสุญญากาศ:

Q = p. ^S

ที่จุดอื่น ๆ ทั้งหมด

Q = p. ^S _eff

โดยคํานึงถึงการสูญเสียของสายไฟ

สมการนี้ใช้กับก๊าซทั้งหมดที่ถูกปั๊มผ่านท่อ ดังนั้นจึงใช้กับฮีเลียมด้วย

Q_HE = p_HE .^S _eff'HE

ในกรณีนี้ ปริมาณก๊าซต่อหน่วยเวลาคืออัตราการรั่วไหลที่กําลังค้นหา ไม่สามารถใช้ความดันรวม แต่ใช้เฉพาะส่วนสําหรับฮีเลียมหรือความดันบางส่วนสําหรับฮีเลียมเท่านั้น สัญญาณนี้จะถูกส่งโดยเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลเมื่อตั้งค่าเป็นเลขอะตอม 4 (ฮีเลียม) ค่าสําหรับ S _eff เป็นค่าคงที่สําหรับเครื่องตรวจจับการรั่วไหลทุกชุด ทําให้สามารถใช้ไมโครโปรเซสเซอร์เพื่อคูณสัญญาณที่มาจากเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลด้วยค่าคงที่ตัวเลข และแสดงอัตราการรั่วไหลได้โดยตรง