Течеискатель

 

Изобретение относится к технике вакуумных испытаний и предназначено для использования при проведении испытаний устройств на герметичность. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности течеискателя, что обеспечивает более качественный контроль герметичности изделий. Это обеспечивается за счет того, что течеискатель содержит соединенные между собой трубопроводами масс-спектрометрический анализатор с расположенными в нем ионным источником и приемником ионов, высоковакуумный насос, первый и второй клапаны, первый и второй регулирующие клапаны, входной и выходной трубопроводы, а также средства питания, управления и индикации, при этом входной трубопровод через первый регулирующий клапан соединен с масс-спектрометрическим анализатором, который соединен с входом высоковакуумного насоса, выход которого через первый клапан соединен с выходным трубопроводом, а через второй регулирующий клапан - с масс-спектрометрическим анализатором, кроме того, входной и выходной трубопроводы соединены между собой через второй клапан. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к технике вакуумных испытаний и может быть использовано при проведении испытаний устройств на герметичность для регистрации содержания пробного газа в газовой смеси.

Известны течеискатели [1], [2], которые содержат масс-спектрометрический анализатор, высоковакуумный насос, клапаны, соединенные между собой магистралями, а также блоки управления, питания и регистрации.

В таких течеискателях анализируемая газовая смесь с входа течеискателя попадает только на вход высоковакуумного насоса, а пробный газ попадает в масс-спектрометрический анализатор за счет диффузии, что приводит к снижению плотности пробного газа в масс-спектрометрическом анализаторе и соответственно к снижению чувствительности течеискателя.

Наиболее близким к заявляемому является течеискатель [3], содержащий входной трубопровод с регулируемым клапаном и масс-спектрометрический анализатор с расположенными в нем ионным источником и приемником ионов, соединенные полостью, сообщающейся со входом высоковакуумного насоса. Выход высоковакуумного насоса через клапан соединен с трубопроводом предварительного разрежения. Входной трубопровод также через клапан соединен с трубопроводом предварительного разрежения. Кроме того, течеискатель содержит блоки питания, управления и индикации.

В таком течеискателе анализируемая газовая смесь, содержащая пробный газ, поступает через входной трубопровод течеискателя в полость, сообщающуюся с входом высоковакуумного насоса и масс-спектрометрическим анализатором, и откачивается высоковакуумным насосом, а в масс-спектрометрический анализатор газовая смесь поступает только за счет диффузии, двигаясь навстречу потоку газа, откачиваемого высоковакуумным насосом из масс-спектрометрического анализатора. Это приводит к снижению концентрации молекул пробного газа в масс-спектрометрическом анализаторе и, соответственно, в зоне ионизации ионного источника, что ограничивает возможность достижения максимальной чувствительности течеискателя. Это объясняется тем, что пробный газ проникает в масс-спектрометрический анализатор только за счет диффузии, при этом он движется напротив потока откачки газа из масс-спектрометрического анализатора. В результате этого снижается парциальное давление пробного газа в масс-спектрометрическом анализаторе и, как следствие, снижается чувствительность контроля герметичности.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка течеискателя, позволяющего достичь технический результат, заключающийся в повышении чувствительности течеискателя, что обеспечивает более качественный контроль герметичности.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что течеискатель содержит соединенные между собой трубопроводами масс-спектрометрический анализатор с расположенными в нем ионным источником и приемником ионов, высоковакуумный насос, первый и второй клапаны, первый и второй регулирующие клапаны, входной и выходной трубопроводы, а также средства питания, управления и индикации, при этом входной трубопровод через первый регулирующий клапан соединен с масс-спектрометрическим анализатором, который соединен с входом высоковакуумного насоса, выход которого через первый клапан соединен с выходным трубопроводом, а через второй регулирующий клапан - с масс-спектрометрическим анализатором, кроме того, входной и выходной трубопроводы соединены между собой через второй клапан.

При этом трубопровод, соединяющий через второй регулирующий клапан выход высоковакуумного насоса с масс-спектрометрическим анализатором, может быть соединен с масс-спектрометрическим анализатором таким образом, что конец этого трубопровода располагается в ионном источнике. В этом случае целесообразно установить регулирующий клапан, расположенный в трубопроводе, соединяющем выход высоковакуумного насоса с масс-спектрометрическим анализатором, на конце этого трубопровода, расположенном в ионном источнике.

При выполнении высоковакуумного насоса многоступенчатым, с наличием промежуточного входа входной трубопровод течеискателя может быть дополнительно соединен с промежуточным входом высоковакуумного насоса.

Особенностью заявляемого устройства является то, что при проведении контроля герметичности с использованием такого течеискателя большее количество молекул пробного газа, поступивших в течеискатель через входной трубопровод из контролируемого объекта, достигает масс-спектрометрического анализатора, превращается в ионы и регистрируется. Это происходит потому, что весь поток анализируемой газовой смеси, содержащей пробный газ, попадает в масс-спектрометрический анализатор, не откачиваясь предварительно высоковакуумным насосом, а откачивается после масс-спектрометрического анализатора. В результате этого концентрация молекул пробного газа в масс-спектрометрическом анализаторе увеличивается, что приводит к увеличению чувствительности течеискателя.

Дополнительная подача части потока газовой смеси после высоковакуумного насоса вновь в масс-спектрометрический анализатор позволяет использовать компрессию высоковакуумного насоса, в результате которой вместе с полным давлением газовой смеси за высоковакуумным насосом повышается и парциальное давление пробного газа (примерно в 10³ -10⁴ раз). С выхода высоковакуумного насоса часть потока газовой смеси отбирается и направляется с возможностью регулирования снова в масс-спектрометрический анализатор. Благодаря высокому парциальному давлению пробного газа за высоковакуумным насосом количество пробного газа, попадающего в масс-спектрометрический анализатор, увеличивается и появляется эффект дополнительного увеличения плотности ионизированных молекул пробного газа, соответственно повышается чувствительность контроля.

Дополнительная подача части потока газа непосредственно в зону ионизации в ионном источнике при расположении конца трубопровода, соединяющего через второй регулирующий клапан выход высоковакуумного насоса с масс-спектрометрическим анализатором, повышает плотность молекул газа в зоне ионизации. Это приводит к увеличению количества молекул, преобразованных в ионы, и, следовательно, еще больше повышается чувствительность контроля герметичности. Локальное повышение плотности молекул в зоне ионизации происходит из-за того, что объем этой зоны меньше объема камеры масс-спектрометрического анализатора, а поток газа через масс-спектрометрический анализатор прежний, определяемый скоростью откачки высоковакуумного насоса при стабильном полном давлении в масс-спектрометрическом анализаторе.

Регулировка напускаемого потока в зоне ионизации (при расположении второго регулирующего клапана на конце трубопровода, соединяющего выход высоковакуумного насоса с масс-спектрометрическим анализатором, т.е. при установке регулирующего клапана в непосредственной близости к зоне ионизации) дает возможность ионизировать максимальное число молекул анализируемой газовой смеси, так как каждая молекула проходит сквозь электронный пучок, ионизирующий ее, в связи с тем, что минующая регулирующий элемент молекула имеет момент количества движения, направленный непосредственно в зону ионизации, и молекула не успевает диффундировать в других направлениях.

В случае применения многоступенчатого высоковакуумного насоса, имеющего промежуточный вход, соединение входного трубопровода течеискателя с промежуточным входом высоковакуумного насоса (между ступенями) дополнительно повышает скорость откачки входного трубопровода, так как в этом случае возможно увеличить полное давление газовой смеси во входном трубопроводе и тем самым увеличить количество пробного газа, попадающего в течеискатель при неизменном парциальном давлении пробного газа перед входом в течеискатель, и, как следствие, дополнительно повышает чувствительность контроля.

Сущность заявляемого устройства поясняется графическими материалами, на которых изображено:

Фиг.1 - а), схема вакуумной системы заявляемого течеискателя;

б), схема размещения конца трубопровода в ионном источнике;

в), схема размещения конца трубопровода в ионном источнике с расположенным на конце трубопровода регулирующим клапаном;

Фиг.2 - схема вакуумной системы течеискателя с многоступенчатым высоковакуумным насосом, имеющим промежуточный вход.

Заявляемое устройство содержит (см. фиг.1а) масс-спектрометрический анализатор 1, в котором установлены ионный источник 2 с камерой ионизатора и приемник ионов 3, высоковакуумный насос 4, первый регулирующий клапан 5, второй регулирующий клапан 6, второй клапан 7 и первый клапан 8, а также входной трубопровод 9 и выходной трубопровод 10.

Входной трубопровод 9 через первый регулирующий клапан 5 соединен с масс-спектрометрическим анализатором 1, который соединен с входом высоковакуумного насоса 4. Выход высоковакуумного насоса 4 через первый клапан 8 соединен выходным трубопроводом 10, а через второй регулирующий клапан 6 - с масс-спектрометрическим анализатором 1. Входной трубопровод 9 и выходной трубопровод 10 соединены между собой через второй клапан 7. Также течеискатель содержит средства питания, управления и индикации (на фиг. не показаны).

Кроме того, устройство может быть выполнено таким образом, что трубопровод, соединяющий через второй регулирующий клапан 6 выход высоковакуумного насоса 4 с масс-спектрометрическим анализатором 1, соединен с ним так, что конец трубопровода располагается в ионном источнике 2 (см. фиг.1б), а также второй регулирующий клапан 6 может быть размещен на конце этого трубопровода (см. фиг.1в).

При использовании в вакуумной системе течеискателя многоступенчатого высоковакуумного насоса, имеющего промежуточный вход между ступенями, возможно его подключение с помощью съемного вакуумпровода, соединяющего входной трубопровод течеискателя с промежуточным входом многоступенчатого высоковакуумного насоса (см. фиг.2).

Все вышеуказанные соединения элементов вакуумной системы течеискателя обеспечиваются посредством каналов для прохода молекул газа, например трубопроводов из нержавеющей стали, или просверленными каналами при моноблочном исполнении вакуумной системы.

Расположение конца трубопровода в ионном источнике 2 осуществляется с помощью керамического трубопровода, который укладывается одной стороной в проточку подводящего трубопровода, а другой вставляется в отверстие, выполненное в держателе катодов ионного источника 2. Размещение второго регулирующего клапана 6 непосредственно в ионном источнике 2 реализуется тем, что регулирующий клапан 6 выполнен в виде щели переменного сечения в стенке, которая является одной из обкладок камеры ионизатора ионного источника.

В качестве масс-спектрометрического анализатора может быть использован масс-спектрометрический анализатор, используемый в течеискателях типа ТИ1-14 или ТИ1-20, или ТИ1-22.

В качестве высоковакуумного насоса может быть использован турбомолекулярный насос типа ВВ-150, а при использовании многоступенчатого высоковакуумного насоса - турбомолекулярный насос фирмы Алкатель АТН31+.

В качестве первого и второго клапанов могут быть использованы стандартные вакуумные клапаны ДУ-16 или ДУ-25 с электромагнитным приводом, например, типа КВУМ-16ЛМ.

В качестве первого и второго регулирующих клапанов могут быть использованы, например, клапаны типа 4.465.002 ТИ1-14.

Управление осуществляют с помощью блока управления БУ-1 ТИ1-14, питание - с помощью блока питания БП-14 ТИ1-14, индикацию - с помощью устройства регистрации УР-14 ТИ1-14.

Заявляемый течеискатель работает следующим образом.

При проверке герметичности объект присоединяется к входному трубопроводу 9 течеискателя (см. фиг.1а) и откачивается через входной трубопровод 9, второй клапан 7 и выходной трубопровод 10 до предварительного разрежения (форвакуума), после чего второй клапан 7 закрывается и открывается регулирующий клапан 5. При этом на входной трубопровод 9 течеискателя подается анализируемая газовая смесь, содержащая пробный газ, например гелий. Через первый регулирующий клапан 5, с возможностью регулирования потока, эта смесь поступает на вход масс-спектрометрического анализатора 1. Смесь равномерно заполняет за счет диффузии весь объем масс-спектрометрического анализатора 1. Далее через выход масс-спектрометрического анализатора 1 газовая смесь поступает на вход высоковакуумного насоса 4 и откачивается им из масс-спектрометрического анализатора 1. Затем с выхода высоковакуумного насоса 4 через первый клапан 8 часть газовой смеси через выходной трубопровод 10 уходит в форвакуумную полость (например, форвакуумный насос, на фиг. не показано). Одновременно с этим с выхода высоковакуумного насоса 4 часть газовой смеси направляется, с возможностью регулирования потока посредством второго регулирующего клапана 6, обратно в масс-спектрометрический анализатор 1. В масс-спектрометрическом анализаторе 1 газовая смесь равномерно, за счет диффузии, распространяется по всему его объему. При этом заполняется и ионный источник 2, в котором эта смесь ионизируется. Образующиеся при этом ионы формируются в пучок, из которого выделяются только ионы пробного газа. Ионы пробного газа в приемнике ионов 3 преобразуются в нейтральные молекулы пробного газа, забирая из приемника ионов 3 необходимое количество электронов, ток которых является характеристикой количества пробного газа в газовой смеси, значение и фиксируется на средстве индикации течеискателя.

Для еще большего повышения чувствительности течеискателя необходимо увеличить плотность газовой смеси в ионном источнике. Это достигается тем, что с выхода высоковакуумного насоса 4 (см. фиг.1б) часть газовой смеси направляется через трубопровод, с возможностью регулирования потока посредством второго регулирующего клапана 6, обратно в масс-спектрометрический анализатор непосредственно через ионный источник 2. В этом случае значительно увеличивается количество молекул пробного газа, проходящих через зону ионизации ионного источника. При расположении второго регулирующего клапана 6 непосредственно на конце этого трубопровода через зону ионизации пройдут все 100% молекул пробного газа, напускаемого в масс-спектрометрический анализатор через второй регулирующий клапан 6. Такое расположение второго регулирующего клапана 6 значительно сокращает потери молекул пробного газа в процессе напуска и дает дополнительное повышение чувствительности течеискателя.

В случае применения в течеискателе многоступенчатого высоковакуумного насоса, имеющего промежуточный вход (см. фиг.2), закрывают первый регулирующий клапан 5 и откачивают входной трубопровод 9 через съемный вакуумпровод, связывающий этот вход с промежуточным входом высоковакуумного насоса 4. Такая схема вакуумной системы течеискателя целесообразна при проверке герметичности методом щупа, при котором поток анализируемой смеси газов регулируют изменением проходного сечения отверстия щупа.

Источники информации

1. Паспорт 2.832.015. Течеискатель гелиевый ПТИ-10, 1987. - С.65.

2. Паспорт 2.832.024 ПС. Течеискатель ТИ-14, 1992. - С.107.

3. Патент № 2606509 FR, МПК G 01 M 3/02, 3/32. Detecteur de fuite a helium. / Jacques Tailon. // 07.11.86 (прототип).

Формула изобретения

1. Течеискатель, содержащий соединенные между собой трубопроводами масс-спектрометрический анализатор, с расположенными в нем ионным источником и приемником ионов, высоковакуумный насос, первый и второй клапаны, первый и второй регулирующие клапаны, входной и выходной трубопроводы, а также средства питания, управления и индикации, при этом входной трубопровод через первый регулирующий клапан соединен с масс-спектрометрическим анализатором, который соединен с входом высоковакуумного насоса, выход которого через первый клапан соединен с выходным трубопроводом, а через второй регулирующий клапан с масс-спектрометрическим анализатором, кроме того, входной и выходной трубопроводы соединены между собой через второй клапан.

2. Течеискатель по п.1, отличающийся тем, что трубопровод, соединяющий через второй регулирующий клапан выход высоковакуумного насоса с масс-спектрометрическим анализатором, соединен с масс-спектрометрическим анализатором таким образом, что конец этого трубопровода располагается в ионном источнике.

3. Течеискатель по п.2, отличающийся тем, что второй регулирующий клапан расположен на конце трубопровода, соединяющего выход высоковакуумного насоса с масс-спектрометрическим анализатором.

4. Течеискатель по п.1, отличающийся тем, что высоковакуумный насос выполнен многоступенчатым с промежуточным входом.

5. Течеискатель по п.4, отличающийся тем, что входной трубопровод дополнительно соединен с промежуточным входом высоковакуумного насоса.

РИСУНКИ

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.07.2008

Извещение опубликовано: 20.09.2009        БИ: 26/2009